Järnbaserade material för solenergiomvandlingsprocesser
- Diarienummer
- EM16-0067
- Start- och slutdatum
- 180301-211231
- Beviljat belopp
- 19 007 256 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Solenergin är den obegränsade källan till förnyelsebar energi och den har möjligheten att ersätta fossila bränslen, vilka finns i begränsad mängd och påverkar klimatet negativt. Nyckeln till framgång med solenergiomvandlingsteknologier är egenskaperna hos det laddningseparerade tillståndet hos materialet som uppkommer genom fotoexcitation av materialet. Vi vill utveckla järnbaserade material som ger fördelaktiga egenskaper bland annat hos det laddningseparerade tillståndet för att möjliggöra storskalig, miljövänlig och ekonomiskt fördelaktig användning av solomvandlingsteknologier och på detta sätt komma bort från material som är miljöovänliga, och som finns i för liten mängd i jordskorpan för att möjliggöra storskalig, global, användning av solenergiomvandlingsteknologier. Vi kommer sedan att implementera materialet som ger optimala laddningsseparerade tillstånd i solceller och fotokatalysatorer och finjustera systemen för att ge optimal verkningsgrad i prototyper av dessa. Av den anledningen kommer vi att kombinera moelkylär design, syntes och kvantkemiska beräkningar. Materialen kommer att utvärderas genom att inkorporeras i prototyper och utvärderas för deras production av solel och solbränsle. Deras funktion kommer också att studeras med avancerad spektroskopiska tekniker. Efter 5 år kommer vi att ha järnbaserade prototyper redo att utvecklas till kommersiella produkter. Detta underlättas av de kontakter med industrin som kommer att etableras under anslagsperioden.
Populärvetenskaplig beskrivning
Solenergi är den obegränsade källan till ren och förnyelsebar energi som kan ersätta de klimatpåverkande fossila bränslen vi nu använder. Idag utnyttjas solenergi till en försvinnande liten del och för storskalig användning krävs utveckling av nya effektiva material baserade på grundämnen som är rikligt förekommande och billiga, utan skadliga effekter på människor och miljö. Utveckling av sådana material är målsättningen för detta projekt. Solenergi utgör idag en mycket liten del (0.01 % i Sverige1) av den totala elenergiproduktionen eftersom befintliga solceller resulterar i dyrare elektricitet än den från tex vattenkraft eller kärnkraft. Metoder för direkt omvandling av solenergi till bränsle finns ännu inte. Solcellsforskningen strävar efter att hitta nya billigare material och tillverkningsmetoder, och i solbränsleforskningen arbetar man intensivt med utveckling av katalysatorer (dvs ämnen som påskyndar en (kemisk) process utan att förbrukas) som kan omvandla solljusets energi till ett bränsle med vatten som råvara. Gemensamt för många av dessa material, både för solceller och solbränsleframställning, är att sällsynta, dyrbara eller giftiga grundämnen används som viktiga byggstenar. Material baserade på mer vanligt förekommande och billiga grundämnen, tex järn, har ofta egenskaper som gör dem oanvändbara för solenergiomvandling. Vi har emellertid nyligen visat hur dessa svårigheter kan övervinnas och vår målsättning är nu att bygga vidare på dessa resultat och utveckla nya effektiva material för solceller och solbränsleframställning baserade på bl.a järn, som finns i stor mängd i jordskorpan, är billiga och icke-giftiga. Järnföreningar som kan driva en solcell eller generering av ett solbränsle kommer att framställas genom att manipulera (järn)metallatomernas kemiska omgivning så att fotokemiska egenskaper optimala för solenergiomvandling erhålles. För att åstadkomma detta kombinarar vi expertis vid Lunds Universitet inom organisk kemi för design och framställning av molekyler och material, fotokemi och spektroskopi för karakterisering av materialegenskaper och ljusinducerade reaktioner, teoretisk kemi för materialprediktion och tolkning av experimentella resultat, samt mikroskopi för strukturstudier.