Tendenze tecnologiche Solare fotovoltaico, chimica delle celle a combustibile ed energia sulla Luna.

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Jul 06, 2023

Tendenze tecnologiche Solare fotovoltaico, chimica delle celle a combustibile ed energia sulla Luna.

La scheggiatura acustica è una possibile chiave per un fotovoltaico solare più economico, l'informatica quantistica per far avanzare le celle a combustibile per la mobilità elettrica e la tecnologia delle celle a combustibile rigenerative di Toyota per l'esplorazione della Luna sono all'ordine del giorno

La scheggiatura acustica, una possibile chiave per un fotovoltaico solare più economico, l'informatica quantistica per far avanzare le celle a combustibile per la mobilità elettrica e la tecnologia delle celle a combustibile rigenerative di Toyota per l'esplorazione della Luna sono sul radar tecnologico della settimana.

Le celle solari III-V ricavate da leghe dei gruppi III e V della tavola periodica come l'arseniuro di gallio (GaAs) sono le più efficienti ma anche costose, il che ne ha limitato l'uso ad applicazioni come l'alimentazione dei satelliti nello spazio.

Ma le cose potrebbero cambiare, secondo i ricercatori del DOE National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti, i quali affermano che l’applicazione delle onde sonore in un nuovo processo chiamato “scalling acustico” ha il potenziale per ridurre significativamente i costi di produzione.

La chiave è la capacità di riutilizzare ripetutamente il substrato su cui vengono coltivate le cellule. Mentre la tecnologia esistente utilizza uno strato di attacco sacrificale, che consente di sollevare una cella da un substrato di GaAs in modo che il substrato possa essere riutilizzato, il processo richiede tempo e lascia un residuo che richiede una costosa fase di lucidatura.

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Al contrario, la scheggiatura, che utilizza le onde sonore per controllare la frattura, richiede pochi secondi, con la frattura all'interno del substrato quasi parallela alla sua superficie e consentendo alla cella di essere facilmente rimossa, rivelando una nuova superficie priva di contaminanti dall'interno del substrato che non necessita di lucidatura.

"Questo è molto promettente per il riutilizzo del substrato", ha affermato Kevin Schulte, uno scienziato del gruppo fotovoltaico cristallino ad alta efficienza del NREL e autore principale dello studio.

“Questo da solo non renderà le celle solari III-V economicamente vantaggiose, ma come parte di questo portafoglio di ricerca, stiamo cercando di affrontare i costi da molteplici angolazioni diverse”.

I ricercatori sono stati in grado di creare una cella su un substrato precedentemente scheggiato con un'efficienza certificata NREL del 26,9%, simile a quella di un nuovo substrato.

Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per determinare quante volte il substrato può essere riutilizzato dopo essere stato sottoposto a scheggiatura acustica.

Le celle a combustibile rappresentano un’opzione emergente per la mobilità futura, la cui competitività dipende dal miglioramento delle prestazioni e dalla riduzione dei costi.

Ciò a sua volta dipende da una comprensione più approfondita dei processi chimici coinvolti, ma la modellizzazione è complessa e impegnativa. Inoltre, con le proprietà quantistiche dei meccanismi chimici coinvolti, sono un buon candidato per i computer quantistici – motivo per cui il BMW Group e Airbus hanno collaborato con la società di tecnologia quantistica Quantinuum.

Le tre società hanno ora sviluppato un flusso di lavoro ibrido quantistico-classico per accelerare tale ricerca utilizzando computer quantistici e hanno riferito di aver modellato con successo la reazione di riduzione dell’ossigeno, che converte idrogeno e ossigeno in acqua ed elettricità in una cella a combustibile. È relativamente lento e richiede una grande quantità di catalizzatore di platino, quindi c'è grande interesse e valore nel comprendere meglio i meccanismi sottostanti coinvolti nella reazione.

Il dottor Peter Lehnert, vicepresidente, Tecnologie di ricerca del BMW Group, afferma che la circolarità e la mobilità sostenibile ci stanno spingendo alla ricerca di nuovi materiali per creare prodotti più efficienti e modellare la futura esperienza dell’utente.

“Essere in grado di simulare le proprietà dei materiali con una precisione chimica rilevante con i vantaggi derivanti dall’accelerazione dell’hardware del calcolo quantistico ci sta fornendo gli strumenti giusti per una maggiore velocità nell’innovazione per questo dominio decisivo”.

Le aziende intendono indagare su varie sfide industriali e ritengono che l’approccio potrebbe avere vantaggi ad ampio raggio, come ad esempio per le batterie metallo-aria, tra gli altri.

Toyota sta lavorando a un progetto per fornire la sua tecnologia rigenerativa di celle a combustibile, evoluta da quella sviluppata per i suoi veicoli stradali, per alimentare un rover lunare pressurizzato, soprannominato "incrociatore lunare".