PEC-RED 하이브리드 태양광 물 분해 셀

NiMo-photocathode (NiMo/p-Si), RED-stack (Nafion 대체), 그리고 Ni-foam-anode를 0.1 M 인산염 완충액 pH 7.0 조건에서 결합한 무편향 통합 태양광 물 분해 셀. Si 광전압과 RED 염분 농도차 전위라는 두 가지 전원이 직렬로 연결되어 있으며, 이를 통해 단독으로는 광전압이 제한되는 협대역 광전극에서 무보조 물 분해가 가능하다 (see RED-dual-function-separator-voltage-source).

성능 (see Lee et al., Sci. Rep. (2017), Figs. 4–5)

• 20쌍 RED를 사용하면 무편향 조건에서 최대 23 mA cm⁻²의 전류 밀도를 달성할 수 있다.
• 24쌍 RED는 25시간 동안 ~20 mA cm⁻²를 지속적으로 유지한다.
• 순 시스템 효율 3 mL min⁻¹에서 ~1.8% (펌프 에너지 차감 후; Supplementary Tables S₂–S₃) → solar-to-hydrogen-efficiency.
• 음극 전해질 pH는 25시간 후 7.0에서 10.9로 상승하며, 논문에서는 NiMo 층이 Si를 부동태화한다고 주장하나 (이 부동태화 주장은 추론이며, 전용 대조 실험으로 검증되지 않았다).

역할

통합 소자로서, 구성 요소는 NiMo-photocathode, RED-stack, Ni-foam-anode이다. 무편향 태양광-수소 변환을 위한 PV-Conv-EC-system (paper_083)의 병렬 하이브리드 전략으로, RED는 이온성 (염분 농도차) 전압을 부가하는 반면, PV+변환기 방식은 전자적 전력 경로를 추가한다.