実用サイズのセルを使った人工光合成、世界最高の変換効率を達成 豊田中央研究所

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豊田中央研究所は2021年4月21日、36cm角の実用サイズの太陽電池セルを使った人工光合成によって、太陽光変換効率7.2%を達成したと発表した。同クラスでは世界最高の変換効率となる。

同研究所の人工光合成は、半導体と分子触媒を用いた方式。CO2の還元反応と水の酸化反応を起こす電極を組み合わせ、有機物(ギ酸)を常温常圧で合成する。同研究所は2011年に原理実証を試みたが、当時の太陽光変換効率は0.04%。2015年には1cm角サイズで当時の世界最高となる変換効率4.6%を達成した。植物による光合成の変換効率0.2~0.3%ほどであり、人工光合成で植物の光合成をはるかに上回ることに成功した。

そこから同研究所は、太陽光が生成した多量の電子をギ酸の合成に残さず使用できるよう、新しいセル構造と電極を考案。太陽電池が生成する電子量とのバランスが良いサイズへと電極面積を拡張した。ギ酸合成に必要な電子/水素イオン/CO2を、電極全面に素早く途切れることなく供給することでギ酸合成を促進できるようにした。新たに考案したセル構造は、36cm角より大きなサイズにも適用できるという。

36cm角の人工光合成セル

人工光合成を社会実装するためには、変換効率を下げずに実用サイズへと拡張することが必要とされていたが、技術的に困難だと言われていた。同研究所は今後、工場等から排出されるCO2を回収し、人工光合成によって再び資源化するシステムの実現を目指す考えだ。

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