Вторичните батерии, като литиево-йонни батерии, трябва да се презареждат, след като съхранената енергия се изразходва.В опит да намалим зависимостта си от изкопаемите горива, учените проучват устойчиви начини за презареждане на вторични батерии.Наскоро Амар Кумар (аспирант в лабораторията на TN Narayanan в TIFR Хайдерабад) и колегите му сглобиха компактна литиево-йонна батерия с фоточувствителни материали, която може директно да се зарежда със слънчева енергия.
Първоначалните опити за насочване на слънчевата енергия за презареждане на батериите са използвали фотоволтаични клетки и батерии като отделни единици.Слънчевата енергия се преобразува от фотоволтаични клетки в електрическа енергия, която впоследствие се съхранява като химическа енергия в батериите.Енергията, съхранявана в тези батерии, след това се използва за захранване на електронните устройства.Това предаване на енергия от един компонент към друг, например от фотоволтаичната клетка към батерията, води до известна загуба на енергия.За да се предотврати загубата на енергия, имаше промяна към изследване на използването на фоточувствителни компоненти в самата батерия.Има значителен напредък в интегрирането на фоточувствителни компоненти в батерия, което води до формирането на по-компактни слънчеви батерии.
Макар и с подобрен дизайн, съществуващите слънчеви батерии все още имат някои недостатъци.Някои от тези недостатъци, свързани с различни видове слънчеви батерии, включват: намалена способност за оползотворяване на достатъчно слънчева енергия, използване на органичен електролит, който може да корозира фоточувствителния органичен компонент вътре в батерията и образуване на странични продукти, които пречат на устойчивата работа на батерията в в дългосрочен план.
В това проучване Амар Кумар реши да проучи нови фоточувствителни материали, които също могат да включват литий и да изгради слънчева батерия, която да е устойчива на течове и да работи ефективно при околни условия.Слънчевите батерии, които имат два електрода, обикновено включват фоточувствително багрило в един от електродите, физически смесено със стабилизиращ компонент, който помага за задвижването на потока от електрони през батерията.Електрод, който е физическа смес от два материала, има ограничения за оптимално използване на повърхността на електрода.За да избегнат това, изследователи от групата на TN Narayanan създадоха хетероструктура от фоточувствителен MoS2 (молибденов дисулфид) и MoOx (молибденов оксид), за да функционира като един електрод.Като хетероструктура, в която MoS2 и MoOx са слети заедно чрез техника на химическо отлагане на пари, този електрод позволява повече повърхностна площ за абсорбиране на слънчева енергия.Когато светлинните лъчи ударят електрода, фоточувствителният MoS2 генерира електрони и същевременно създава празни места, наречени дупки.MoOx държи електроните и дупките разделени и прехвърля електроните към веригата на батерията.
Тази слънчева батерия, която беше напълно сглобена от нулата, беше установено, че работи добре, когато е изложена на симулирана слънчева светлина.Съставът на хетероструктурния електрод, използван в тази батерия, е проучен обстойно и с трансмисионен електронен микроскоп.Авторите на изследването в момента работят за разкриване на механизма, чрез който MoS2 и MoOx работят в тандем с литиев анод, което води до генериране на ток.Докато тази слънчева батерия постига по-високо взаимодействие на фоточувствителния материал със светлината, тя все още не е постигнала генериране на оптимални нива на ток за пълно зареждане на литиево-йонна батерия.Имайки предвид тази цел, лабораторията на TN Narayanan проучва как такива хетероструктурни електроди могат да проправят пътя за справяне с предизвикателствата на съвременните слънчеви батерии.
Време на публикуване: 11 май 2022 г