Дослідники з Осакського столичного університету розробили систему штучного фотосинтезу, здатну більш стабільно виробляти сонячне паливо шляхом інтеграції хімічного компонента, що саморегулюється, безпосередньо в сам електролізер. Новий пристрій не використовує метод керування за допомогою батарей, видаляючи дорогий компонент подібних систем. Дослідження опубліковано у журналі EES Solar.
Подібно до природного фотосинтезу, штучний фотосинтез використовує сонячне світло для перетворення води та вуглекислого газу в корисне паливо, таке як мурашина кислота.
У системах штучного фотосинтезу електролізер відіграє центральну роль, перетворюючи електрику, що виробляється сонячними батареями, на хімічну енергію, яка може зберігатися як паливо у вигляді мурашиної кислоти.
Для забезпечення ефективної роботи цього перетворення енергії в умовах сонячного світла, що змінюється, багато систем використовують відстеження точки максимальної потужності (MPPT) — метод управління, який безперервно регулює напругу і струм для максимізації вихідної потужності сонячних батарей. Проте системи MPPT зазвичай покладаються на батареї чи додаткову електроніку для стабілізації потоку енергії, що збільшує як вартість, так і складність всієї системи.
Дослідницька група під керівництвом доцента Ясуо Мацубари та професора Ютакі Амао з Науково-дослідного центру штучного фотосинтезу Осакського столичного університету у співпраці з компанією Iida Group Holdings Co., Ltd. переробила систему для включення в електролізер спеціального твердого електроліту. У новій системі електролізер автоматично виконує функцію відстеження точки максимальної потужності (MPPT), усуваючи потребу використання батарей.
Замість використання зовнішньої електроніки, батарей та перетворювачів для ефективної роботи сонячної батареї електролізер автономно регулює свої електричні характеристики внаслідок своїх теплових та імпедансних властивостей.
"У міру збільшення сонячного світла електролізер природно нагрівається. Система спроєктована таким чином, що це нагрівання призводить до зниження електричного опору, що дозволяє електричному струму текти вільніше", — пояснив професор Амао. "Це дозволяє системі автоматично регулювати свої електричні характеристики".
"Така автономна поведінка допомагає підтримувати більш стабільне виробництво палива протягом дня та автоматизує систему, одночасно знижуючи залежність від батарей і дорогих зовнішніх компонентів", - додав він.
Коли команда протестувала пристрій, що використовує цю технологію, він стабільно виробляв мурашину кислоту з води та CO2 в умовах реального сонячного світла, навіть при коливанні інтенсивності освітлення.
"Ми були впевнені в успіху, оскільки раніше демонстрували це дослідження на виставці 'Спільний павільйон Iida Group × Осакський столичний університет' у рамках Osaka Kansai Expo 2025", - сказав професор Мацубара.
"Було успішно отримано достатню кількість мурашиної кислоти для живлення мініатюрної діорами в павільйоні, що демонструє потенціал цієї системи як ефективної системи штучного фотосинтезу, яку потенційно можна використовувати для заряджання пристроїв у наших будинках".
