Ilmuwan Tiongkok Cetak Rekor Baru Konversi Tenaga Surya ke Hidrogen

Tianjin, Tiongkok - Tim peneliti di Universitas Tianjin, Tiongkok, mencetak tonggak sejarah dalam produksi hidrogen bertenaga surya, dengan mengembangkan fotoanoda semitransparan yang mendorong efisiensi konversi tenaga surya menjadi hidrogen (solar-to-hydrogen/STH) hingga mencapai rekor 5,1 persen.

Terobosan ini, yang dipublikasikan di Nature Communications, menawarkan jalur yang menjanjikan bagi teknologi "daun artifisial" yang terukur, demikian dilansir Science and Technology Daily pada Selasa (17/6).

"Daun artifisial" merupakan perangkat berbasis silikon yang menggunakan tenaga surya untuk memisahkan hidrogen dan oksigen dalam air, sehingga menghasilkan energi hidrogen dengan cara yang bersih.

Seperti dikutip dari Antara, dipimpin oleh Wang Tuo, profesor dari Fakultas Teknik dan Teknologi Kimia, tim peneliti membahas batasan-batasan penting dalam sistem pemisahan air tenaga surya yang tidak bias, yang menghasilkan hidrogen tanpa tegangan listrik eksternal.

Fotoanoda indium sulfida (In₂S₃) inovatif mereka mengatasi pertukaran konvensional antara konduktivitas dan transparansi cahaya.

"Desain semitransparan kami secara serentak mempercepat reaksi oksidasi air dan memungkinkan foton mencapai fotokatalis, sehingga meminimalkan pemborosan energi," kata Wang, yang juga bertindak sebagai penulis korespondensi untuk penelitian ini.

Divalidasi dalam sistem mandiri yang sepenuhnya ditenagai oleh tenaga surya, perangkat ini mencapai efisiensi STH 5,1 persen, melampaui tolok ukur 5 persen untuk sistem konvensional yang menggunakan fotokatalis silikon dengan fotoanoda anorganik. Ini menandai efisiensi tertinggi yang dilaporkan untuk konfigurasi semacam itu, kata Wang.

Penelitian inovatif ini berfokus pada pengembangan material dan teknologi fotokatalitik yang mampu mengubah energi matahari langsung menjadi hidrogen melalui proses pemisahan air. Hidrogen dianggap sebagai bahan bakar masa depan karena saat dibakar hanya menghasilkan air, tanpa emisi karbon.

Penelitian ini memberikan solusi baru bagi dua tantangan yang masih ada saat ini, yakni transfer elektron interfasial yang lamban dan kehilangan optik yang signifikan.

Dengan pengoptimalan lebih lanjut, teknologi ini diharapkan dapat membuka jalan untuk mengembangkan "daun artifisial" yang hemat biaya dan tahan lama.

Tantangan Teknis

Sebelumnya, tim ilmuwan Tiongkok berhasil mengembangkan sel bahan bakar membran penukar proton (proton exchange membrane fuel cell) dengan densitas daya volumetrik ultratinggi, lebih dari 80 persen lebih tinggi dibandingkan kinerja sel bahan bakar membran pada umumnya.

Jiao Kui, seorang profesor di Fakultas Teknik Mesin Universitas Tianjin, bersama timnya mendesain ulang arsitektur sel bahan bakar membran penukar proton dengan menggabungkan komponen-komponen baru dan mengoptimalkan rute transfer gas-air-listrik-panas.

Tim tersebut menciptakan sel bahan bakar ultratipis yang memiliki densitas daya ultratinggi. Mereka menghilangkan lapisan difusi gas konvensional dan saluran aliran menggunakan film nanoserat karbon ultratipis yang dihasilkan oleh teknologi pemintalan listrik (electrospinning) dan busa logam (metal foam).

Kemajuan ini mengontribusikan pengurangan 90 persen pada ketebalan rakitan elektrode membran dan pengurangan 80 persen pada hilangnya transfer massa yang disebabkan oleh difusi reaktan, hampir dua kali lipat dari densitas daya volumetrik sel bahan bakar.


Sel bahan bakar hidrogen dianggap sebagai salah satu teknologi paling menjanjikan dalam penerapan energi hidrogen. Namun, upaya meningkatkan densitas daya volumetriknya masih menjadi tantangan teknis yang signifikan.