리튬 이온 배터리와 같은 2차 배터리는 저장된 에너지가 모두 소모되면 재충전이 필요합니다.화석 연료에 대한 의존도를 줄이기 위해 과학자들은 2차 배터리를 재충전하는 지속 가능한 방법을 모색해 왔습니다.최근 Amar Kumar(TIFR Hyderabad에 있는 TN Narayanan 연구실 대학원생)와 그의 동료들은 태양 에너지로 직접 재충전할 수 있는 감광성 재료로 소형 리튬 이온 배터리를 조립했습니다.
태양 에너지를 배터리 충전에 사용하려는 초기 노력에서는 광전지와 배터리를 별도의 개체로 사용했습니다.태양 에너지는 광전지에 의해 전기 에너지로 변환되며, 이는 결과적으로 배터리에 화학 에너지로 저장됩니다.이 배터리에 저장된 에너지는 전자 장치에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.예를 들어 광전지에서 배터리로와 같이 한 구성 요소에서 다른 구성 요소로 에너지를 전달하면 에너지 손실이 발생합니다.에너지 손실을 방지하기 위해 배터리 자체 내부에 감광성 부품을 사용하는 방법을 모색하는 방향으로 전환되었습니다.배터리 내에 감광성 구성요소를 통합하는 데 상당한 진전이 있어 보다 컴팩트한 태양전지가 형성되었습니다.
디자인은 개선됐지만 기존 태양전지는 여전히 몇 가지 단점을 안고 있다.다양한 유형의 태양전지와 관련된 몇 가지 단점으로는 충분한 태양 에너지를 활용하는 능력 감소, 배터리 내부의 감광성 유기 구성 요소를 부식시킬 수 있는 유기 전해질 사용, 배터리 성능 지속을 방해하는 부산물 형성 등이 있습니다. 장기적.
본 연구에서 Amar Kumar는 리튬을 포함할 수 있는 새로운 감광성 재료를 탐색하고 누출 방지 기능이 있으며 주변 조건에서 효율적으로 작동하는 태양 전지를 만들기로 결정했습니다.두 개의 전극이 있는 태양전지는 일반적으로 전극 중 하나에 감광성 염료를 포함하고 있으며, 이는 배터리를 통해 전자의 흐름을 유도하는 데 도움이 되는 안정화 성분과 물리적으로 혼합되어 있습니다.두 가지 재료를 물리적으로 혼합한 전극은 전극 표면적을 최적으로 활용하는 데 한계가 있습니다.이를 피하기 위해 TN Narayanan 그룹의 연구자들은 감광성 MoS2(이황화 몰리브덴)과 MoOx(산화 몰리브덴)의 헤테로 구조를 만들어 단일 전극으로 기능했습니다.MoS2와 MoOx가 화학 기상 증착 기술에 의해 함께 융합된 헤테로 구조이기 때문에 이 전극은 태양 에너지를 흡수할 수 있는 표면적을 더 많이 허용합니다.광선이 전극에 닿으면 감광성 MoS2가 전자를 생성하는 동시에 정공이라고 불리는 공극을 생성합니다.MoOx는 전자와 정공을 분리하여 전자를 배터리 회로로 전달합니다.
처음부터 완전히 조립된 이 태양전지는 시뮬레이션된 태양광에 노출되었을 때 잘 작동하는 것으로 밝혀졌습니다.이 전지에 사용된 이종구조 전극의 조성은 투과전자현미경을 통해서도 광범위하게 연구되었습니다.연구의 저자는 현재 MoS2와 MoOx가 리튬 양극과 함께 작용하여 전류를 생성하는 메커니즘을 밝히기 위해 노력하고 있습니다.이 태양전지는 감광성 물질과 빛의 더 높은 상호작용을 달성하지만, 리튬 이온 배터리를 완전히 충전할 수 있는 최적 수준의 전류 생성을 아직 달성하지 못했습니다.이러한 목표를 염두에 두고 TN Narayanan의 연구실에서는 이러한 이종구조 전극이 어떻게 현재 태양전지의 과제를 해결할 수 있는 길을 열 수 있는지 탐구하고 있습니다.
게시 시간: 2022년 5월 11일