Sekundære batterier, såsom lithium-ion-batterier, skal genoplades, når den lagrede energi er brugt op.I et forsøg på at mindske vores afhængighed af fossile brændstoffer har forskere udforsket bæredygtige måder at genoplade sekundære batterier på.For nylig har Amar Kumar (kandidatstuderende ved TN Narayanans laboratorium i TIFR Hyderabad) og hans kolleger samlet et kompakt lithium-ion-batteri med lysfølsomme materialer, der direkte kan genoplades med solenergi.
Indledende bestræbelser på at kanalisere solenergi til at genoplade batterier brugte brugen af solceller og batterier som separate enheder.Solenergi omdannes af fotovoltaiske celler til elektrisk energi, der følgelig lagres som kemisk energi i batterier.Den energi, der er lagret i disse batterier, bruges derefter til at drive de elektroniske enheder.Dette relæ af energi fra den ene komponent til den anden, for eksempel fra solcellecellen til batteriet, fører til et vist tab af energi.For at forhindre energitab skete der et skift i retning af at udforske brugen af lysfølsomme komponenter inde i selve batteriet.Der er sket betydelige fremskridt med at integrere lysfølsomme komponenter i et batteri, hvilket resulterer i dannelsen af mere kompakte solcellebatterier.
Selvom de er forbedret i design, har eksisterende solcellebatterier stadig nogle ulemper.Nogle få af disse ulemper forbundet med forskellige typer solbatterier omfatter: nedsat evne til at udnytte nok solenergi, brug af organisk elektrolyt, der kan korrodere den lysfølsomme organiske komponent inde i et batteri, og dannelse af sideprodukter, der hindrer et batteris vedvarende ydeevne i på lang sigt.
I denne undersøgelse besluttede Amar Kumar at udforske nye lysfølsomme materialer, som også kan inkorporere lithium og bygge et solcellebatteri, der ville være lækagesikkert og fungere effektivt under omgivende forhold.Solcellebatterier, som har to elektroder, indeholder normalt et lysfølsomt farvestof i en af elektroderne, fysisk blandet med en stabiliserende komponent, som hjælper med at drive strømmen af elektroner gennem batteriet.En elektrode, som er en fysisk blanding af to materialer, har begrænsninger for optimal udnyttelse af elektrodens overfladeareal.For at undgå dette skabte forskere fra TN Narayanans gruppe en heterostruktur af lysfølsomt MoS2 (molybdændisulfid) og MoOx (molybdænoxid) for at fungere som en enkelt elektrode.Da denne elektrode er en heterostruktur, hvor MoS2 og MoOx er blevet smeltet sammen ved en kemisk dampaflejringsteknik, giver denne elektrode mulighed for mere overfladeareal til at absorbere solenergi.Når lysstråler rammer elektroden, genererer den lysfølsomme MoS2 elektroner og skaber samtidig ledige stillinger kaldet huller.MoOx holder elektronerne og hullerne fra hinanden og overfører elektronerne til batterikredsløbet.
Dette solcellebatteri, som var fuldstændig samlet fra bunden, viste sig at fungere godt, når det blev udsat for simuleret sollys.Sammensætningen af heterostrukturelektroden brugt i dette batteri er også blevet undersøgt grundigt med transmissionselektronmikroskop.Forfatterne af undersøgelsen arbejder i øjeblikket på at afdække den mekanisme, hvorved MoS2 og MoOx arbejder sammen med lithiumanode, hvilket resulterer i generering af strøm.Selvom dette solcellebatteri opnår en højere interaktion mellem lysfølsomt materiale og lys, mangler det endnu at opnå generering af optimale strømniveauer for at genoplade et lithium-ion-batteri fuldt ud.Med dette mål i tankerne undersøger TN Narayanans laboratorium, hvordan sådanne heterostrukturelektroder kan bane vejen for at løse udfordringerne ved nutidens solbatterier.
Indlægstid: 11. maj 2022