Il gruppo KIMM sviluppa la tecnologia per la produzione di idrogeno solare / KIMM team develops solar hydrogen production tech

Il gruppo KIMM sviluppa la tecnologia per la produzione di idrogeno solare / KIMM team develops solar hydrogen production tech

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un gruppo del Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) ha sviluppato una tecnologia che genera un'elevata fotocorrente sotto la luce solare naturale per produrre idrogeno.

Semplificando processi complessi in più fasi, si prevede che questo progresso accelererà la commercializzazione delle tecnologie di produzione di idrogeno alimentate dall'energia solare.

Il gruppo di ricerca guidato dalla Dott.ssa Jihye Lee, ricercatrice principale e responsabile del Centro di Ricerca sulla Nanolitografia e la Produzione del KIMM, ha sviluppato una tecnica per migliorare la produttività dei fotoelettrodi in BiVO₄ (vanadato di bismuto). Il BiVO₄ è un ossido metallico riconosciuto come materiale chiave per i sistemi di elettrolisi solare dell'acqua grazie al suo elevato assorbimento della luce ed all'efficienza di conversione solare in idrogeno (STH).

In precedenza, le soluzioni precursori di BiVO₄ potevano essere preparate solo a concentrazioni fino a 100 mM. Questa limitazione richiedeva oltre otto ripetizioni di spin-coating e trattamento termico per formare film sottili ad alte prestazioni, rallentando il processo ed aumentando il consumo di materiale, con conseguente bassa produttività.

Per superare queste limitazioni, il gruppo di ricerca ha sviluppato una soluzione di precursore di BiVO₄ ad alta concentrazione miscelando acetilacetone, acido acetico e dimetilsolfossido (DMSO). Con questa nuova soluzione, un rivestimento per spin in un solo passaggio è sufficiente per produrre film sottili di BiVO₄ uniformi ed ad alte prestazioni, migliorando la produttività complessiva di circa 5,9 volte.

Inoltre, il gruppo ha realizzato un fotoelettrodo di grandi dimensioni da 144 cm² e ne ha collegati quattro per creare un sistema di elettrodi ultra-grandi da 576 cm².

Collegando questo sistema in parallelo alle celle solari al silicio, sono riusciti a produrre idrogeno utilizzando la luce solare naturale, senza alcuna fonte di energia esterna.

In una dichiarazione, la Dott.ssa Jihye Lee ha affermato: "Questa ricerca rappresenta una svolta nell'efficienza di fabbricazione e nella produttività di fotoelettrodi di grande superficie grazie allo sviluppo di una soluzione precursore di BiVO₄ ad alta concentrazione. Ci aspettiamo che contribuisca ad accelerare la transizione verso l'energia sostenibile e la commercializzazione della produzione di idrogeno verde".

Il gruppo di ricerca ha depositato brevetti nazionali e brevetti di cooperazione brevettuale per questa tecnologia. I risultati del gruppo sono descritti in dettaglio sulla rivista Journal of Materials Chemistry A.

ENGLISH

A team from the Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) has developed a technology that generates high photocurrent under natural sunlight to produce hydrogen.

By simplifying previously complex multi-step processes, this advance is expected to accelerate the commercialisation of solar-powered hydrogen production technologies.

The research team led by Dr. Jihye Lee, a principal researcher, head of the Nano-lithography & Manufacturing Research Center at KIMM, has developed a technique to enhance the productivity of BiVO₄ (bismuth vanadate) photoelectrodes. BiVO₄ is a metal oxide recognised as a key material for solar water electrolysis  systems due to its high light absorption and solar-to-hydrogen (STH) conversion efficiency.

Previously, BiVO₄ precursor solutions could only be prepared at concentrations up to 100mM. This limitation necessitated over eight repetitions of spin-coating and heat-treatment steps to form high-performance thin films, which slowed the process and increased material consumption, resulting in low productivity.

To overcome these limitations, the research team developed a high-concentration BiVO₄ precursor solution by mixing acetylacetone, acetic acid, and dimethyl sulfoxide (DMSO). With this new solution, a one-step spin coating is sufficient to produce uniform and high-performance BiVO₄ thin films, improving overall productivity by approximately 5.9 times.

Furthermore, the team fabricated a large area 144cm² photoelectrode and connected four of them to create a 576cm² ultra-large electrode system.

By linking this system in parallel with Si solar cells, they succeeded in producing hydrogen using natural sunlight, without any external power source.

In a statement, Dr Jihye Lee said: “This research represents a breakthrough in the fabrication efficiency and productivity of large-area photoelectrodes through the development of a high-concentration BiVO₄ precursor solution. We expect it will contribute to accelerating the transition to sustainable energy and the commercialisation of green hydrogen production.”

The research team has filed for domestic and Patent Cooperation Treaty patents based on this technology. The team’s findings are detailed in the Journal of Materials Chemistry A.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/kimm-team-develops-solar-hydrogen-production-tech