Tim Korea Selatan Kembangkan Perangkat Tenaga Surya Organik yang Mencetak Rekor Baru dalam Efisiensi Produksi Hidrogen Hijau

Para ilmuwan telah menemukan cara untuk memproduksi hidrogen hijau yang bersih hanya dengan menggunakan sinar matahari dan air. Tim dari Korea Selatan telah mengembangkan perangkat yang digerakkan oleh tenaga surya, yang mampu secara mandiri memecah molekul air. Teknologi ini mencetak rekor dunia dalam efisiensi perangkat pemecahan air organik dan tidak memerlukan pasokan listrik eksternal. Produksi hidrogen tradisional bergantung pada gas alam, yang melepaskan karbon dioksida dalam prosesnya. Oleh karena itu, perangkat yang digerakkan oleh tenaga surya ini menawarkan alternatif yang benar-benar tanpa emisi. Namun, perangkat semacam ini menghadapi tantangan dalam menghasilkan cukup tegangan sendiri dan memerlukan dukungan listrik eksternal.

"Pemecahan air fotokimia (PEC) menyediakan jalur langsung untuk mendapatkan hidrogen matahari, tetapi anoda fotonik berbasis semikonduktor organik terbatas oleh tegangan fotovoltaik yang tidak memadai dan ketidakstabilan antarmuka," kata para peneliti dalam penelitian tersebut.

Mengatasi Kendala Anoda Fotovoltaik

Saat ini, tim penelitian yang berada di Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) telah berusaha mengatasi kendala ini. Para peneliti merancang perangkat seri yang menggabungkan dua lapisan penyerap cahaya. Dalam pengujian laboratorium, mikro-baterai ini mencapai efisiensi konversi tenaga surya menjadi hidrogen sebesar 7,9%, yang merupakan data tertinggi yang tercatat untuk anoda fotonik semikonduktor organik tanpa penerapan tegangan. Pemecahan air memerlukan ambang tegangan minimum sebesar 1,23 volt. Bahan organik tunggal tidak dapat secara stabil mencapai target ini. Sebelumnya, metode penumpukan dua lapisan untuk meningkatkan tegangan menyebabkan degradasi yang cepat.

Bahan konektor standar PEDOT:PSS memiliki sifat asam yang tinggi dan mudah terpengaruh oleh air, yang berarti dapat dengan cepat merusak komponen yang berdekatan.

Bahan Baru Meningkatkan Kinerja Perangkat

Tim UNIST mengganti konektor korosif ini dengan lapisan campuran yang sepenuhnya baru. Mereka menggabungkan molibdenum oksida dengan molekul organik bernama 2PACz. Molibdenum oksida tidak bersifat asam dan tidak mudah menyerap air, sekaligus membentuk lapisan pelindung untuk mencegah pel leakage pelarut cair selama proses pelapisan. Sementara itu, molekul 2PACz mampu meratakan cacat mikroskopis, memungkinkan aliran muatan yang bebas. "Anoda fotovoltaik seri akhir mencapai potensi awal 1,67 V vs. RHE dan efisiensi konversi tenaga surya menjadi hidrogen (STH) sebesar 7,9% tanpa penerapan tegangan eksternal, yang menurut pengetahuan kami adalah data tertinggi yang dilaporkan untuk anoda fotonik berbasis semikonduktor organik tanpa bias eksternal," tambah penelitian tersebut.

Peluang Komersialisasi dan Penurunan Biaya

Setelah 10 jam operasi berkelanjutan, perangkat ini mempertahankan 86% dari arus fotolistrik awal, sementara kinerja desain tradisional turun menjadi 36%. Teknologi ini telah melampaui tahap laboratorium. Para peneliti merakit modul luar ruangan dengan luas 320 sentimeter persegi, yang berhasil memproduksi hidrogen di bawah sinar matahari alami. Untuk menurunkan biaya, insinyur secara signifikan mengurangi penggunaan logam mulia. Kandungan platinum pada elektroda hidrogen dikurangi menjadi hanya 0,1%, sementara elektroda lainnya bergantung pada katalis nikel-besi-kobalt yang terjangkau. Karena kedua sisi beroperasi dalam bak kimia yang sama, pengaturan ini sepenuhnya menghindari membran pertukaran ion yang mahal.

Model ekonomi menunjukkan bahwa jika perangkat ini dapat mencapai batas teoritis efisiensi 16% pada skala, biaya produksi hidrogen dapat turun menjadi US$4,26 per kilogram (sekitar HK$33). Sementara itu, para peneliti di Nanyang Technological University Singapura sedang mengarahkan produksi bahan bakar matahari ke arah baru yang menarik. Perangkat yang terinspirasi oleh daun mereka menggunakan sinar matahari untuk mengekstrak hidrogen langsung dari air laut, sekaligus menetralkan bahan kimia industri beracun: hidrazin. Kedua terobosan ini menunjukkan bahwa teknologi kimia yang digerakkan oleh matahari dengan cepat berkembang dari konsep yang rapuh menjadi alat industri yang praktis.

Terobosan Perangkat Tenaga Surya Organik dan Prospek Masa Depan

Hasil penelitian tim Korea Selatan menunjukkan bahwa perangkat tenaga surya berbasis semikonduktor organik telah mencapai kemajuan signifikan dalam produksi hidrogen. Ini tidak hanya mengatasi masalah lingkungan dalam proses produksi hidrogen tradisional, tetapi juga menunjukkan potensi bahan baru dalam meningkatkan kinerja perangkat. Seiring dengan matangnya teknologi ini, inovasi-inovasi ini dapat menurunkan biaya produksi hidrogen, mendorong penerapan energi terbarukan secara luas, dan memiliki arti penting bagi transformasi struktur energi di masa depan.