Demostración de una hoja artificial grande del tamaño de un minimódulo para la producción solar H2. Se muestra a la derecha el esquema de una gran hoja artificial del tamaño de un minimódulo (16 cm2) preparado por el diseño de matriz 4 × 4 utilizando subcélulas (cada tamaño de 1 cm2) que contienen 8 fotoanodos y 8 fotocatodos. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-59597-2
Un equipo de investigación afiliado a UNIST ha introducido una hoja artificial modular de vanguardia que simultáneamente cumple con los requisitos de alta eficiencia, estabilidad a largo plazo y escalabilidad, lo que marca un gran paso adelante en la tecnología de producción de hidrógeno verde esencial para lograr la neutralidad de carbono.
Dirigidos conjuntamente por los profesores Jae Sung Lee, Sang Il Seok y Ji-Wook Jang de la escuela de energía e ingeniería química, este sistema innovador imita las hojas naturales al producir hidrógeno únicamente a partir de la luz solar y el agua, sin requerir fuentes de energía externas o emitir dióxido de carbono durante el proceso: un método de producción de hidrógeno limpio. El estudio es publicado en la naturaleza comunicaciones.
A diferencia de los sistemas fotovoltaicos-electroquímicos convencionales (PV-EC), que generan electricidad antes de producir hidrógeno, este enfoque directo de conversión solar a química reduce las pérdidas asociadas con la resistencia eléctrica y minimiza la huella de instalación. Sin embargo, los desafíos anteriores relacionados con la baja eficiencia, la durabilidad y la escalabilidad obstaculizaron la implementación comercial.
Para abordar estos problemas, el equipo de investigación fabricó fotoelectrodos de alto rendimiento de alto rendimiento y fotoelectrodos basados en perovskita que utilizan una capa absorbente de plomo de plomo de formamidinio dopada con cloro (CL: FAPBI₃) y capas de transporte de óxido de óxido de lata ultravioleta (CL: SNO₂). Estas unidades se ensamblaron en una matriz 4 × 4, creando un sistema modular escalable capaz de generación de hidrógeno estable únicamente a partir de la luz solar.
Sorprendentemente, todo el módulo logró una eficiencia de conversión solar a hidrógeno de 11.2% bajo iluminación imparcial y de un sol, lo que supera el umbral del 10% ampliamente considerado como el punto de referencia para la viabilidad comercial.
El equipo atribuyó este alto rendimiento y estabilidad a la combinación estratégica del absorbedor de perovskita dopado con cloro, la capa de transporte de electrones resistentes a los rayos UV y los catalizadores de níquel-hierro-cobalto (nifeCo). Para garantizar la durabilidad, aplicaron técnicas especializadas de encapsulación de lámina de níquel y resina, lo que permite que el dispositivo funcione continuamente durante 140 horas mientras conserva el 99% de su rendimiento inicial.
El profesor Jae Sung Lee enfatizó: “Este logro va más allá de las manifestaciones a escala de laboratorio al alcanzar una eficiencia a nivel de módulo superior al 10%, un hito crítico hacia la aplicación del mundo real”. Además, agregó: “La escalabilidad de la hoja artificial en paneles más grandes similares a los módulos fotovoltaicos significa un paso decisivo hacia el despliegue comercial”.
Más información: Dharmesh Hansora et al, hoja artificial escalable y duradera del tamaño de un módulo con una eficiencia solar a hidrógeno de más del 10%, comunicaciones de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41467-025-59597-2
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
Cita: el sistema de fotosíntesis artificial supera el punto de referencia de eficiencia clave para la conversión directa de energía solar a hidrógeno (2025, 27 de junio) Recuperado el 27 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-tiFoTosynthesissysisesis-Surpass-Key-Kequing.htmlll
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