تحتاج البطاريات الثانوية، مثل بطاريات أيونات الليثيوم، إلى إعادة الشحن بمجرد نفاد الطاقة المخزنة.في محاولة لتقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري، كان العلماء يستكشفون طرقًا مستدامة لإعادة شحن البطاريات الثانوية.في الآونة الأخيرة، قام عمار كومار (طالب دراسات عليا في مختبر تي إن نارايانان في تيفر حيدر أباد) وزملاؤه بتجميع بطارية ليثيوم أيون مدمجة بمواد حساسة للضوء يمكن إعادة شحنها مباشرة بالطاقة الشمسية.
استخدمت الجهود الأولية لتوجيه الطاقة الشمسية لإعادة شحن البطاريات استخدام الخلايا الكهروضوئية والبطاريات ككيانات منفصلة.يتم تحويل الطاقة الشمسية بواسطة الخلايا الكهروضوئية إلى طاقة كهربائية يتم تخزينها بالتالي كطاقة كيميائية في البطاريات.يتم بعد ذلك استخدام الطاقة المخزنة في هذه البطاريات لتشغيل الأجهزة الإلكترونية.يؤدي ترحيل الطاقة هذا من مكون إلى آخر، على سبيل المثال، من الخلية الكهروضوئية إلى البطارية، إلى فقدان بعض الطاقة.ولمنع فقدان الطاقة، كان هناك تحول نحو استكشاف استخدام المكونات الحساسة للضوء داخل البطارية نفسها.لقد تم إحراز تقدم كبير في دمج المكونات الحساسة للضوء داخل البطارية مما أدى إلى تكوين بطاريات شمسية أكثر إحكاما.
على الرغم من التحسينات في التصميم، إلا أن البطاريات الشمسية الحالية لا تزال تعاني من بعض العيوب.تشمل بعض هذه العيوب المرتبطة بأنواع مختلفة من البطاريات الشمسية ما يلي: انخفاض القدرة على تسخير ما يكفي من الطاقة الشمسية، واستخدام المنحل بالكهرباء العضوي الذي قد يؤدي إلى تآكل المكون العضوي الحساس للضوء داخل البطارية، وتكوين منتجات جانبية تعيق الأداء المستدام للبطارية في على المدى الطويل.
في هذه الدراسة، قرر عمار كومار استكشاف مواد جديدة حساسة للضوء والتي يمكنها أيضًا دمج الليثيوم وبناء بطارية شمسية مقاومة للتسرب وتعمل بكفاءة في الظروف المحيطة.تشتمل البطاريات الشمسية التي تحتوي على قطبين كهربائيين عادةً على صبغة حساسة للضوء في أحد الأقطاب الكهربائية ممزوجة فعليًا بمكون تثبيت يساعد على دفع تدفق الإلكترونات عبر البطارية.القطب الكهربائي الذي هو عبارة عن خليط فيزيائي من مادتين له قيود على الاستخدام الأمثل لمساحة سطح القطب.ولتجنب ذلك، قام باحثون من مجموعة تي إن نارايانان بإنشاء بنية متغايرة من MoS2 (ثاني كبريتيد الموليبدينوم) الحساس للضوء وMoOx (أكسيد الموليبدينوم) لتعمل كقطب كهربائي واحد.نظرًا لكونه بنية متغايرة حيث تم دمج MoS2 وMoOx معًا بواسطة تقنية ترسيب البخار الكيميائي، فإن هذا القطب يسمح بمساحة سطحية أكبر لامتصاص الطاقة الشمسية.عندما تصطدم أشعة الضوء بالقطب الكهربائي، يقوم MoS2 الحساس للضوء بتوليد إلكترونات ويخلق في الوقت نفسه أماكن شاغرة تسمى الثقوب.يعمل MoOx على إبقاء الإلكترونات والثقوب متباعدة، وينقل الإلكترونات إلى دائرة البطارية.
وقد وجد أن هذه البطارية الشمسية، التي تم تجميعها بالكامل من الصفر، تعمل بشكل جيد عند تعرضها لضوء الشمس المحاكى.تمت دراسة تركيبة القطب الكهربائي المتغاير المستخدم في هذه البطارية على نطاق واسع باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ أيضًا.يعمل مؤلفو الدراسة حاليًا على اكتشاف الآلية التي يعمل بها MoS2 وMoOx جنبًا إلى جنب مع أنود الليثيوم مما يؤدي إلى توليد التيار.في حين أن هذه البطارية الشمسية تحقق تفاعلًا أعلى للمواد الحساسة للضوء مع الضوء، إلا أنها لم تحقق بعد توليد المستويات المثلى من التيار لإعادة شحن بطارية ليثيوم أيون بالكامل.مع وضع هذا الهدف في الاعتبار، يستكشف مختبر تي إن نارايانان كيف يمكن لهذه الأقطاب الكهربائية ذات البنية المتغايرة أن تمهد الطريق لمواجهة تحديات البطاريات الشمسية الحالية.
وقت النشر: 11-مايو-2022