Ученые создали устройство без батарей для превращения солнечного света в топливо

Ученые создали устройство без батарей, которое превращает солнечный свет в топливо

Исследователи из Столичного университета Осаки разработали новую систему искусственного фотосинтеза, способную более стабильно производить солнечное топливо, отказавшись от использования батарей и контрольного оборудования. Прорыв стал возможен благодаря интеграции саморегулирующегося химического компонента непосредственно в электролизер, что снижает сложность и стоимость системы.

Подобно естественному фотосинтезу в растениях, искусственный фотосинтез использует солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа в богатые энергией соединения. Одним из таких продуктов является муравьиная кислота — химическое вещество, которое может служить топливом и способом хранения энергии.

Как работает искусственный фотосинтез для получения солнечного топлива

В основе этих систем лежит электролизер, который преобразует электричество от солнечных элементов в химическую энергию. Затем эта энергия накапливается в виде топлива, такого как муравьиная кислота.

Основной проблемой является поддержание эффективной работы при изменении солнечного света в течение дня. Для решения этой задачи многие системы искусственного фотосинтеза используют отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) — метод, который непрерывно регулирует напряжение и ток, чтобы солнечные элементы могли выдавать максимально возможную выходную мощность.

Однако традиционные установки MPPT обычно зависят от батарей и дополнительных электронных компонентов для сглаживания потока энергии. Хотя это эффективно, такие дополнения увеличивают как стоимость, так и сложность системы.

Саморегулирующийся электролизер устраняет необходимость в батареях

Чтобы преодолеть это ограничение, команда под руководством доцента Ясуо Мацубары и профессора Ютаки Амао из Исследовательского центра искусственного фотосинтеза Столичного университета Осаки совместно с Iida Group Holdings Co., Ltd перепроектировала сам электролизер.

Их подход использует специально разработанный твердый электролит, встроенный непосредственно в устройство. В результате электролизер может автоматически выполнять функцию MPPT, устраняя необходимость в системах управления на основе батарей.

Вместо того чтобы полагаться на внешнюю электронику, преобразователи или батареи, электролизер регулирует свои электрические характеристики за счет собственных тепловых и импедансных свойств.

«По мере увеличения солнечного света электролизер естественным образом нагревается. Система спроектирована так, что это нагревание вызывает падение электрического сопротивления, позволяя электричеству течь более свободно», — объяснил профессор Амао. «Это заставляет систему автоматически регулировать свое электрическое поведение».

«Такое саморегулирующееся поведение помогает поддерживать более стабильное производство топлива в течение дня и автоматизирует систему, одновременно снижая зависимость от батарей и дорогих внешних компонентов», — добавил он.

Стабильное производство муравьиной кислоты под реальным солнечным светом

Когда исследователи протестировали технологию в реальных уличных условиях, система стабильно производила муравьиную кислоту из воды и CO2, даже при колебаниях уровня солнечного света.

«Мы были уверены в успехе, поскольку ранее демонстрировали это исследование на выставке «Совместный павильон Iida Group × Столичный университет Осаки» в рамках выставки Osaka Kansai Expo 2025, — сказал профессор Мацубара. — Она успешно выработала достаточно муравьиной кислоты для питания миниатюрной диорамы в павильоне, что демонстрирует ее потенциал как эффективной системы искусственного фотосинтеза, которую потенциально можно использовать для зарядки устройств в наших домах».

Результаты исследования были опубликованы в журнале EES Solar.