В Беркли создана лаборатория на чипе для исследования искусственного фотосинтеза
Сотрудники Berkeley Lab, работающие в Объединенном центре искусственного фотосинтеза (Joint Center for Artificial Photosynthesis, JCAP), сконструировали первый полностью интегрированный микрожидкостный прибор для оценки и оптимизации на микроскопическом уровне систем электрохимического преобразования под действием солнечной энергии. Эта установка уже была применена для исследования схем фотоэлектрического электролиза воды.
Посвященная этому достижению статья «Integrated microfluidic test-bed for energy conversion devices» вышла в журнале Physical Chemistry Chemical Physics. По заявлению авторов, все функциональные компоненты их установки могут быть легко заменены и адаптированы для тестирования технологий искусственного фотосинтеза и топливных элементов.
По принципу действия системы искусственного фотосинтеза аналогичны окислительно-восстановительным батареям и топливным элементам: носители заряда необходимо транспортировать к электродам, реагирующие вещества — к центрам катализа, требуется организовать вывод продукты и перемещение ионов из электролита к центрам катализа и в каналах.
В тестовой микрожидкостной установке различные анодные и катодные материалы могут интегрироваться и подключаться независимо, через макроскопические контакты, размещенные не наружной поверхности чипа. Транспорт носителей заряда осуществляется через ионопроводящую полимерную мембрану, продукты электролиза собираются в отдельные потоки. Конструкция обеспечивает избирательный катализ на катоде и аноде с минимизацией потерь от смешивания реагентов благодаря управляемому распределению последних.
В экспериментальной реализации тестового устройства предусмотрено 19 параллельных каналов, а общая активная площадь составляет восемь квадратных миллиметров. Такие чипы несложны в изготовлении, их размеры и материалы можно варьировать для оптимизации функционирования. Кроме того, они совместимы с любыми фотоэлектрохимическими компонентами, в том числе, состоящими из редкоземельных элементов.