Baterie wtórne, takie jak baterie litowo-jonowe, należy ponownie naładować po wyczerpaniu zmagazynowanej energii.Chcąc zmniejszyć naszą zależność od paliw kopalnych, naukowcy badają zrównoważone sposoby ładowania akumulatorów wtórnych.Niedawno Amar Kumar (student w laboratorium TN Narayanan w TIFR Hyderabad) i jego współpracownicy zmontowali kompaktowy akumulator litowo-jonowy z materiałów światłoczułych, który można bezpośrednio ładować energią słoneczną.
Początkowe próby skierowania energii słonecznej do ładowania akumulatorów wykorzystywały ogniwa fotowoltaiczne i akumulatory jako oddzielne jednostki.Energia słoneczna jest przekształcana przez ogniwa fotowoltaiczne w energię elektryczną, która w konsekwencji jest magazynowana jako energia chemiczna w akumulatorach.Energia zgromadzona w tych bateriach jest następnie wykorzystywana do zasilania urządzeń elektronicznych.To przekazywanie energii z jednego elementu do drugiego, na przykład z ogniwa fotowoltaicznego do akumulatora, prowadzi do pewnych strat energii.Aby zapobiec utracie energii, nastąpił zwrot w kierunku wykorzystania światłoczułych elementów wewnątrz samej baterii.Nastąpił znaczny postęp w integracji elementów światłoczułych w akumulatorze, co doprowadziło do powstania bardziej kompaktowych akumulatorów słonecznych.
Chociaż istniejące baterie słoneczne mają ulepszoną konstrukcję, nadal mają pewne wady.Niektóre z wad związanych z różnymi typami baterii słonecznych obejmują: zmniejszoną zdolność do wykorzystania wystarczającej ilości energii słonecznej, użycie elektrolitu organicznego, który może powodować korozję światłoczułych składników organicznych wewnątrz baterii oraz tworzenie się produktów ubocznych, które utrudniają trwałą pracę baterii w długoterminowy.
W tym badaniu Amar Kumar postanowił zbadać nowe materiały światłoczułe, które mogą również zawierać lit, i zbudować baterię słoneczną, która byłaby szczelna i działała wydajnie w warunkach otoczenia.Baterie słoneczne posiadające dwie elektrody zazwyczaj zawierają światłoczuły barwnik w jednej z elektrod, fizycznie zmieszany ze składnikiem stabilizującym, który pomaga napędzać przepływ elektronów przez akumulator.Elektroda będąca fizyczną mieszaniną dwóch materiałów ma ograniczenia w zakresie optymalnego wykorzystania powierzchni elektrody.Aby tego uniknąć, badacze z grupy TN Narayanana stworzyli heterostrukturę światłoczułego MoS2 (dwusiarczku molibdenu) i MoOx (tlenku molibdenu), aby działała jak pojedyncza elektroda.Będąc heterostrukturą, w której MoS2 i MoOx zostały skondensowane ze sobą techniką chemicznego osadzania z fazy gazowej, elektroda ta pozwala na większą powierzchnię do absorpcji energii słonecznej.Kiedy promienie świetlne uderzają w elektrodę, światłoczuły MoS2 generuje elektrony i jednocześnie tworzy puste przestrzenie zwane dziurami.MoOx oddziela elektrony od dziur i przenosi elektrony do obwodu akumulatora.
Stwierdzono, że bateria słoneczna, całkowicie zmontowana od podstaw, działa dobrze pod wpływem symulowanego światła słonecznego.Skład elektrody heterostrukturalnej zastosowanej w tym akumulatorze został szeroko zbadany również za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego.Autorzy badania pracują obecnie nad odkryciem mechanizmu, dzięki któremu MoS2 i MoOx współpracują z anodą litową, powodując wytwarzanie prądu.Chociaż ta bateria słoneczna zapewnia wyższą interakcję materiału światłoczułego ze światłem, nie osiągnęła jeszcze generowania optymalnego poziomu prądu, aby w pełni naładować baterię litowo-jonową.Mając ten cel na uwadze, laboratorium TN Narayanan bada, w jaki sposób takie heterostrukturalne elektrody mogą utorować drogę do sprostania wyzwaniom współczesnych baterii słonecznych.
Czas publikacji: 11 maja 2022 r