Läpimurto aurinkokennoteknologiassa mahdollistaa halvat ja tehokkaat aurinkokennot
14.04.2010 08:48
co2-raporttiaMontrealin yliopiston kemian professori Benoît Marsan tutkimusryhmineen on kehittänyt kaksi uutta teknologiaa, jotka voivat muuttaa aurinkokennojen tieteellisen ja kaupallisen tulevaisuuden aivan uudelle tasolle.
Tutkimustulokset on julkaistu kahdessa tiedelehdessä, the Journal of the American Chemical Society:ssä ja Nature Chemistry:ssä.
Aurinkoenergian valtava potentiaaliMaapallo vastaanottaa joka tunti niin paljon aurinkoenergiaa, että se riittäisi kattamaan koko maailman tämän hetkisen energiankulutuksen vuodeksi. Toistaiseksi ei ole kuitenkaan keksitty keinoa, jolla aurinkoenergia saataisiin suuressa mittakaavassa ja kohtuullisilla kustannuksilla talteen.
Perinteisillä aurinkokennoilla tuotettu sähkö on tällä hetkellä noin 5-6 kertaa kalliimpaa kuin fossiilisilla polttoaineilla tai vesivoimalla tuotettu energia.
Yksi lupaavimmista aurinkokennoista kehitettiin 1990-luvun alussa Sveitsissä professori Michael Grätzelin toimesta. Keksintö perustui fotosynteesin periaatteisiin. Grätzelin aurinkokennossa on huokoinen kerros valkoisia titaniumdioksidin nanohiukkasia. Niiden päällä on kerros molekyyliväriainetta, joka imee auringonvaloa itseensä kuten kasvien lehtivihreä. Pigmentoitu titaniumdioksidi upotetaan elektrolyyttiliuokseen, ja siihen lisätään platinakatalyytti.
Kuten tavallisessa akkukennossa, kaksi elektrodia (titaniumdioksidianodi ja platinakatodi Grätzelin kennossa) on sijoitettu nestemäisen elektorolyytin molempiin päihin. Auringonvalo kulkee katodin ja elektrolyytin läpi irrottaen elektronit titaniumdioksidianodista. Nämä elektronit kulkevat johtoa pitkin anodista katodiin muodostaen sähkövirran. Näin auringon energia muuttuu sähköksi.
Useimmat tämän aurinkokennon materiaaleista ovat edullisia ja helposti tuotettavissa. Sen lisäksi ne ovat joustavia, mikä mahdollistaa niiden käytön monissa sovelluksissa. Teoriassa Grätzelin kennolla onkin todella suuri potentiaali.
Valitettavasti kuitenkin tämän kaltaisilla kennoilla on kaksi suurta ongelmaa, jotka ovat estäneet suuren mittakaavan kaupallistamisen:
Elektrolyytti on erittäin altis korroosiolle, mikä vähentää kennon kestävyyttä ja käyttöikää. Lisäksi elektrolyytin väri estää valon tehokkaan läpikulun, ja elektrolyytti rajoittaa valojännitteen 0,7 volttiin.
Katodi puolestaan on päällystetty platinalla, joka on kallista, läpinäkymätöntä ja harvinaista.
Ennen professori Marsanin keksintöjä näihin ongelmiin ei ole löydetty tyydyttävää ratkaisua.
Professori Marsanin ratkaisutProfessori Marsanin ryhmä on tutkinut aurinkokennoteknologioita useiden vuosien ajan. Työn tuloksena on syntynyt useita patentoituja keksintöjä. Erityisen tärkeät keksinnöt liittyvät sveitsiläiskeksinnön ratkaisemattomiin ongelmiin.
Elektrolyyttiin kehitettiin ratkaisu professori Livain Breaun avustuksella. Uusista molekyyleistä kehitetty geelimäinen elektrolyytti on läpinäkyvä, eikä se ole korroosiolle altis. Se voi myös kehittää suuremman valojännitteen, mikä parantaa kennon hyötysuhdetta ja vakautta.
Katodin platina voidaan korvata kobolttisulfidilla, joka on oleellisesti platinaa halvempaa. Se on myös tehokkaampaa, vakaampaa ja sitä voidaan helposti tuottaa laboratoriossa.
Mikäli uuden teknologian kennot saadaan laajamittaiseen tuotantoon, voi aurinkosähkön hinta laskea nopeasti kilpailukykyiselle tasolle.
