An integrated 1-dimensional model of a photoelectrochemical cell forwater splitting

Journal of the Electrochemical Society

Volumn 161, Issue 8, 2014, Pages

  Berger, Alan ^a,b   Newman, John ^a,b  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTROLYTES; HYDROGEN PRODUCTION; PHOTOELECTROCHEMICAL CELLS; SOLAR ABSORBERS; SOLAR POWER GENERATION;

CONCENTRATION GRADIENTS; CURRENT-POTENTIAL; MEMBRANE SEPARATORS; ONE-DIMENSIONAL MODEL; POLYMER MEMBRANE; SOLAR ILLUMINATION; SOLAR WATER SPLITTING; SOLAR-TO-HYDROGEN;

COMPUTER SIMULATION;

EID: 84904795345     PISSN: 00134651     EISSN: 19457111     Source Type: Journal    
DOI: 10.1149/2.035408jes     Document Type: Article

References (61)

1. N. S. Lewis and D. G. Nocera, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 103, 15729 (2006).
2. C. Delacourt, P. L. Ridgway, J. B. Kerr, and J. Newman, J. Electrochem. Soc., 155, B42 (2008).
3. A. J. Morris, R. T. McGibbon, and A. B. Bocarsly, ChemSusChem, 4, 191 (2011).
4. K. P. Kuhl, E. R. Cave, D. N. Abram, and T. F. Jaramillo, Energy Environ. Sci., 5, 7050 (2012).
5. C. W. Li, J. Ciston, and M. W. Kanan, Nature, 508, 504 (2014).
6. M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. Mi, E. A. Santori, and N. S. Lewis, Chem. Rev., 110, 6446 (2010).
7. A. Listorti, J. Durrant, and J. Barber, Nat. Mater., 8, 929 (2009).
8. S. Bensaid, G. Centi, E. Garrone, S. Perathoner, and G. Saracco, ChemSusChem, 5, 500 (2012).
9. P. Hollmuller, J. M. Joubert, B. Lachal, and K. Yvon, Int. J. Hydrogen Energ., 25, 97 (2000).
10. S. S. Deshmukh and R. F. Boehm, Renew. Sust. Energ. Rev., 12, 2301 (2008).
11. R. E. Clarke, S. Giddey, F. T. Ciacchi, S. P. S. Badwal, B. Paul, and J. Andrews, Int. J. Hydrogen Energ., 34, 2531 (2009).
12. T. J. Jacobsson, V. Fjällström, M. Sahlberg, M. Edoff, and T. Edvinsson, Energy Environ. Sci., 6, 3676 (2013).
13. O. Khaselev, A. Bansal, and J. A. Turner, Int. J. Hydrogen Energ., 26, 127 (2001).
14. S. Licht, B.Wang, S. Mukerji, T. Soga, M. Umeno, and H. Tributsch, J. Phys. Chem. B, 104, 8920 (2000).
15. S. Y. Reece, J. A. Hamel, K. Sung, T. D. Jarvi, A. J. Esswein, J. J. H. Pijpers, and D. G. Nocera, Science, 334, 645 (2011).
16. J. Newman, J. Electrochem. Soc., 160, F309 (2013).
17. A. Heller, Acc. Chem. Res., 14, 154 (1981).
18. B. D. James, G. N. Baum, J. Perez, and K. N. Baum, Technoeconomic Analysis of Photoelectrochemical (PEC) Hydrogen Production, Directed Technologies Inc., (US DOE Contract no. GS-10F-009J), Arlington, VA (2009).
19. J. Newman, P. G. Hoertz, C. A. Bonino, and J. A. Trainham, J. Electrochem. Soc., 159, A1722 (2012).
20. B. A. Pinaud, J. D. Benck, L. C. Seitz, A. J. Forman, Z. Chen, T. G. Deutsch, B. D. James, K. N. Baum, G. N. Baum, S. Ardo, H. Wang, E. Miller, and T. F. Jaramillo, Energy Environ. Sci., 6, 1983 (2013).
21. S. Haussener, C. Xiang, J. M. Spurgeon, S. Ardo, N. S. Lewis, and A. Z. Weber, Energy Environ. Sci., 5, 9922 (2012).
22. S. Haussener, S. Hu, C. Xiang, A. Z. Weber, and N. S. Lewis, Energy Environ. Sci., 6, 3605 (2013).
23. C. Xiang, Y. Chen, and N. S. Lewis, Energy Environ. Sci., 6, 3713 (2013).
24. K. T. Fountaine, C. G. Kendall, and H. A. Atwater, Opt. Express, 22, A930 (2014).
25. D. B. Turner-Evans, C. T. Chen, H. Emmer, W. E. McMahon, and H. A. Atwater, J. Appl. Phys., 114, 014501 (2013).
26. Y. Surendranath, D. K. Bediako, and D. G. Nocera, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 109, 15617 (2012).
27. M. T.Winkler, C. R. Cox, D. G. Nocera, and T. Buonassisi, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 110, E1076 (2013).
28. S. Hu, C. Xiang, S. Haussener, A. D. Berger, and N. S. Lewis, Energy Environ. Sci., 6, 2984 (2013).
29. L. Andrade, T. Lopes, H. A. Ribeiro, and A. Mendes, Int. J. Hydrogen Energ., 36, 175 (2011).
30. C. Carver, Z. Ulissi, C. K. Ong, S. Dennison, G. H. Kelsall, and K. Hellgardt, International Journal of Hydrogen Energy, 37, 2911 (2012).
31. A. Berger, R. A. Segalman, and J. Newman, Energy Environ. Sci., 7, 1468 (2014).
32. A. D. Berger, C. M. Evans, D. Miller, K. A. Walczak, C. Koval, and J. Newman, submitted.
33. M. D.Kelzenberg,D. B. Turner-Evans, M. C. Putnam, S. W. Boettcher, R. M. Briggs, J. Y. Baek, N. S. Lewis, and H. A. Atwater, Energy Environ. Sci., 4, 866 (2011).
34. M. D. Kelzenberg, S. W. Boettcher, J. A. Petykiewicz, D. B. Turner-Evans, M. C. Putnam, E. L. Warren, J. M. Spurgeon, R. M. Briggs, N. S. Lewis, and H. A. Atwater, Nat. Mater., 9, 239 (2010).
35. J. Nelson, The Physics of Solar Cells, Imperial College Press, London (2003).
36. J. S. Newman and K. E. Thomas-Alyea, Electrochemical Systems, J.Wiley, Hoboken (2004).
37. M. E. Orazem and J. Newman, J. Electrochem. Soc., 131, 2569 (1984).
38. J. Bardeen, Phys. Rev., 71, 717 (1947).
39. M. Eigen, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 3, 1 (1964).
40. C. Delacourt, P. L. Ridgway, and J. Newman, J. Electrochem. Soc., 157, B1902 (2010).
41. A. Z. Weber and J. Newman, J. Electrochem. Soc., 151, A311 (2004).
42. H. Gerischer and W. Ekardt, Appl. Phys. Lett., 43, 393 (1983).
43. K. Bucher, J. Bruns, and H. G. Wagemann, J. Appl. Phys., 75, 1127 (1994).
44. K. J. Vetter, Electrochemical kinetics: theoretical and experimental aspects, Academic Press, New York (1967).
45. S. Trasatti, Electrodes of conductive metallic oxides, Elsevier (1980).
46. S. W. Boettcher, E. L. Warren, M. C. Putnam, E. A. Santori, D. Turner-Evans, M. D.Kelzenberg,M. G.Walter, J. R.McKone,B. S.Brunschwig, and H. A. Atwater, and N. S. Lewis, J. Am. Chem. Soc. 133, 1216 (2011).
47. K. A. Emery, Solar Cells, 18, 251 (1986).
48. R. E. Rocheleau and E. L. Miller, Int. J. Hydrogen Energ., 22, 771 (1997).
49. J. Newman, J. Electrochem. Soc., 160, F395 (2013).
50. B. M. Kayes, H. A. Atwater, and N. S. Lewis, J. Appl. Phys., 97, 114302 (2005).
51. E. Garnett and P. Yang, Nano Lett., 10, 1082 (2010).
52. J. Zhu, Z.Yu, G. F. Burkhard,C.-M. Hsu, S. T.Connor,Y.Xu, Q.Wang,M.McGehee, S. Fan, and Y. Cui, Nano Lett., 9, 279 (2009).
53. Z. Yu, A. Raman, and S. Fan, PNAS, 107, 17491 (2010).
54. L. Cao, J. S. White, J.-S. Park, J. A. Schuller, B. M. Clemens, andM. L. Brongersma, Nat Mater, 8, 643 (2009).
55. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd ed., Wiley-Interscience (1981).
56. R. J. Archer and M. M. Atalla, Annals of the New York Academy of Sciences, 101, 697 (1963).
57. A. Hickling and F. W. Salt, Trans. Faraday Soc., 36, 1226 (1940).
58. R. Kötz and S. Stucki, Electrochim. Acta, 31, 1311 (1986).
59. W. Sheng, H. A. Gasteiger, and Y. Shao-Horn, J. Electrochem. Soc., 157, B1529 (2010).
60. D. B. Sepa,M. V.Vojnovic,M. Stojanovic, and A. Damjanovic, J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem., 218, 265 (1987).
61. A. Z. Weber and J. Newman, Chem. Rev., 104, 4679 (2004).