HERNIEUWBARE WATERSTOF GENERATIE WATERSTOFNET CONGRES, HELMOND RUBEN LIETEN, IMEC

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "HERNIEUWBARE WATERSTOF GENERATIE WATERSTOFNET CONGRES, HELMOND RUBEN LIETEN, IMEC"

Simon de Jong
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 HERNIEUWBARE WATERSTOF GENERATIE WATERSTOFNET CONGRES, HELMOND RUBEN LIETEN, IMEC

2 HERNIEUWBARE BRANDSTOFFEN Hernieuwbare brandstoffen? - Hoge energie dichtheid (H 2 : 10 x beter dan batterijen) - Toepassingen: transport, mobiele toepassingen, Waarom waterstof? - Waterstof: H 2 O H 2 + 1/2O 2 Proper! Fuel cell Battery system patented by Apple Huidige productie kost - 4 $/gallon benzine equivalent via CH 4 reforming Cfr. 2 $/gallon benzine - Met zonneenergie: 12 $/gallon benzine equivalent productiekost hernieuwbare H 2 moet omlaag 2

Waarom waterstof? - Waterstof: H 2 O H 2 + 1/2O 2 Proper!

3 OVERZICHT 1. Introductie IMEC Energie activiteiten 2. Hernieuwbare H 2 generatie met electrolyse PV + electrolyzer (indirect): demo Directe fotoelectrolyse: onderzoek 3

4 SILICIUM PHOTOVOLTAICS 30 jaar ervaring in zonnecel R&D Verbreding van cel ontwikkeling naar materialen, modules and PV systemen Focus op industriele processen voor hoge efficientie zonnecellen in 3 gebieden 1000 m² state of the art pre-pilot line IMEC 4

systemen Focus op industriele processen voor hoge efficientie

5 DUNNE FILM PHOTOVOLTAICS Solliance R&D partnership op dunne film PV R&D in Eindhoven-Leuven-Aachen driehoek Organische zonnecellen (OPV) Dun, flexibel, semi-transparant, printbaar Verbeteren efficientie (~9%), reliabiliteit, productie kost CZTS zonnecellen als alternatief voor CIGS ~10% efficientie Multi-junctie toepassingen IMEC 5

semi-transparant, printbaar Verbeteren efficientie (~9%), reliabiliteit, productie

6 IMEC ENERGIE ACTIVITEITEN Batterij onderzoek - Integratie dunne film batterijen en electronica Licht gevende diodes - GaN op 200 mm silicium substraten: kost besparing Hoog vermogen electronica - Hernieuwbare electriciteit - Elektrische wagens IMEC 6

GaN op 200 mm silicium substraten: kost besparing Hoog

7 OVERZICHT 1. Introductie IMEC Energie activiteiten 2. Hernieuwbare H 2 generatie met electrolyse PV + electrolyzer (indirect): demo Directe fotoelectrolyse: onderzoek 7

8 OVERZICHT 1. Introductie IMEC Energie activiteiten 2. Hernieuwbare H 2 generatie met electrolyse PV + electrolyzer (indirect): demo Directe fotoelectrolyse: onderzoek mogelijkheden demonstreren van hernieuwbare H 2 demonstreren fotoelectrolyse als innovatieve methode 8

(indirect): demo Directe fotoelectrolyse: onderzoek mogelijkheden

9 HERNIEUWBARE H 2 GENERATIE Turner, J et al., International Journal of Energy Research 32 (2008) Water fotoelectrolyse is één van de vele manieren om hernieuwbare H 2 te bekomen 9

10 HERNIEUWBARE WATERSTOF Waterstof via PV + electrolyzer: demo Productie efficientie? - Electrolyzer: max 80% - Si PV: 20% max 16% zon-naar-h 2 efficientie - III-V PV: 40% max 32% zon-naar-h 2 efficientie (12 $/gallon benzine equiv. vs. 2$/gallon benzine) Opslag efficientie? - Hangt af van opslaghoeveelheid en methode (10 x betere energie dichtheid dan batterijen) Fuel cell efficientie? - max 60 % PV Electrolyzer H 2 Applications Fuel cell 10

efficientie (12 $/gallon benzine equiv. vs. 2$/gallon benzine) Opslag efficientie?

11 WATERSTOF ZONNEVOLGER ~ 1m 2 Mirrors Si PV panels (14% at 1 sun) Electrolyzer (21%) Zonnevolger Fuel cell (54%) H 2 opslag 11

12 CONTROLE SOFTWARE Demo Hoge school Zuyd 12

13 OVERZICHT 1. Introductie IMEC Energie activiteiten 2. Hernieuwbare H 2 generatie met electrolyse PV + electrolyzer (indirect): demo Directe fotoelectrolyse: onderzoek 13

14 DIRECTE FOTOELECTROLYSE = zonnecel en electrolyzer gecombineerd Halfgeleider materiaal + licht fotostroom Fotostroom + H 2 O H 2 en O 2 aan oppervlak Goedkoper en efficienter dan indirecte methode (PV + electrolyzer) 14

Fotostroom + H 2 O H 2 en O 2 aan oppervlak Goedkoper

15 UITDAGINGEN 12-16% efficientie aangetoond door NREL voor InGaP tandem cel Levensduur beperkt tot 100 uur Hoge kost = Corrosie beperken - Material keuze: stabiel + p-type - Electrolytische oplossing - Beschermlaag - Materiaal keuze - Nanopatterning - Materiaal keuze - Productiemethode - Onderhoud 15

keuze: stabiel + p-type - Electrolytische oplossing - Beschermlaag -

16 FOTOELECTROLYSE ONDERZOEK Efficientie Directe band gap III-Nitrides Nanopatterning - Oppervlakte x ~ μm fotostroom +80% * * W. J. Tseng et al., ECS Electrochemistry Letters 2, H51 (2013) 16

17 FOTOELECTROLYSE ONDERZOEK Productie kost 1. MOCVD productie (200 mm) Ni 1. Self-assembled metaal masker voor nanopatterning 250 nm SiO 2 GaN ETS GaN Si 1μm 1 μm * W. J. Tseng et al., Applied Physics Letters 101, (2012) 17

18 FOTOELECTROLYSE ONDERZOEK Levensduur Focus op stabiele materialen III-Nitrides Electrolytische oplossing (ph, ionen, ) P-type materialen * H 2 generatie aan oppervlak Extra beschermlaag (enkele atoomlagen) - Atomic layer deposition (ALD): oxides - Diamond (Universiteit Gdansk) 3 nm TiO 2 diamond GaN 1μm * R. R. Lieten,et al. Journal of Physics D: Applied Physics 44, (2011) 18

(enkele atoomlagen) - Atomic layer deposition (ALD): oxides - Diamond (Universiteit Gdansk) 3 nm

19 VOORUITZICHT Uitdagingen fotoelectrolyse - Efficientie vs. Levensduur vs. Kostprijs Doorbraak op vlak van corrosie noodzakelijk ontwikkeling beschermlaag verbeteren van materiaalkwaliteit ontwikkeling nieuwe materialen 19

20 ACKNOWLEDGEMENTS TEAM acknowledgment: Geert Doumen, Peter Tseng, Johan Dekoster, Willem van de Graaf, Mohan Paladugu, Philippe Vereecken, Gustaaf Borghs, Jyotirmoy Chatterjee, Yves Mols, Quanbao Ma, Michiel Theunis, Pieter Claes, Jan Genoe, Bruno Baert, Stefan Degroote, Bram Sijmus, Maarten Leys AGC voor zonnespiegels 20

Jyotirmoy Chatterjee, Yves Mols, Quanbao Ma, Michiel Theunis, Pieter Claes, Jan

21 FOR MORE INFORMATION CONTACT

22 IMEC PV RESEARCH /Wp reductie is de aandrijving 2 technologie groepen Efficiency target 30 % - 20 % - 10 % < 0.5 Cost( /Wp) on module level

23 IMEC BATTERIJ ONDERZOEK to investigate interfaces and develop material combinations 3 3D thin-film battery devices 1 Planar thin-film platform current collector ANODE Electrolyte CATHODE current collector 2 Composite electrolytes Transfer of learning to ceramic batteries Ultra-fast charging flexible thin batteries 0.01S/cm electrolyte material (thin films and pellets) IMEC 23

24 SOLUTION-RELATED CORROSION MORPHOLOGY Water oxidation, corrosion/passivation at the photoanode (n-gan) during photoelectrolysis Acid: nanopores and whiskers Alkaline: plane selected ph = 2 ph = 14 24

Vergelijkbare documenten

Visionair Scenario PV

Visionair Scenario PV Nanotechnologie &PV:een toekomstvisie Jean V. Manca Universiteit Hasselt-IMEC./IMOMEC jean.manca@uhasselt.be Heusden-Zolder, 11 mei 2012 De toekomst van zonnecellen De Tera-Watt uitdaging