Combineer een perovskietzonnecel op een slimme manier met elektrodes van nikkel en ijzer, en je kunt met zonne-energie water splitsen met maar liefst 12,3 procent rendement. Het zou een doorbraak kunnen zijn, suggereert een Science-publicatie.

De uitvinding komt uit het lab van Michael Grätzel (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), die al jaren wordt getipt voor een Nobelprijs vanwege zijn ‘organische’ zonnecellen die kleurstoffen gebruiken om zonlicht om te zetten in eeen elektronenstroom.

Dit keer is er weinig organisch aan. Grätzel had drie goede redenen om te kiezen voor perovskietcellen op basis van CH₃NH₃PbI₃. Ten eerste is dat spul redelijk goedkoop, ten tweede kun je er hoge rendementen mee halen (in dit geval 15,7 procent) en ten derde halen perovskietcellen een potentiaalverschil van meer dan 1 V, zodat je er maar twee in serie hoeft te zetten om water te kunnen splitsen. Van andere typen zonnecellen heb je er drie of vier nodig.

De elektrolysecel, die er aan vast zit, is dan weer ontworpen voor een zo laag mogelijke (over)potentiaal. Bovendien mochten de gebruikte elementen niet schaars zijn. Uiteindelijk kwam Grätzel uit op een nikkelschuim, waarvan het oppervlak is gecoat met nikkelhydroxide met een beetje ijzer er door. Dit materiaal is bifunctioneel: je kunt het voor beide elektrodes gebruiken waarbij zowel de waterstof- als de zuurstofvorming efficiënt verlopen.

Het levert een cel op waarin de energieverliezen minimaal zijn. Bij een stroomdichtheid van 10 mA/cm² vertaalt het zonnecel-rendement van 15,7 procent zich in een overall-rendement van 12,3 procent, in deze tak van sport een zeldzame prestatie.

Het enige probleem blijft de matige stabiliteit van perovskietzonnecellen; het wachten is tot iemand daar eindelijk een goede oplossing voor vindt.

bron: EPFL, Science

Michael Grätzel houdt op 18 november een keynote-lezing tijdens het Chains 2014-chemiecongres in Veldhoven.