Las baterías secundarias, como las de iones de litio, deben recargarse una vez que se agota la energía almacenada.En un intento por disminuir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, los científicos han estado explorando formas sostenibles de recargar baterías secundarias.Recientemente, Amar Kumar (estudiante de posgrado en el laboratorio de TN Narayanan en TIFR Hyderabad) y sus colegas han ensamblado una batería compacta de iones de litio con materiales fotosensibles que se pueden recargar directamente con energía solar.
Los esfuerzos iniciales para canalizar la energía solar para recargar baterías emplearon el uso de células fotovoltaicas y baterías como entidades separadas.La energía solar se convierte mediante células fotovoltaicas en energía eléctrica que, en consecuencia, se almacena como energía química en baterías.La energía almacenada en estas baterías se utiliza luego para alimentar los dispositivos electrónicos.Este relevo de energía de un componente a otro, por ejemplo de la célula fotovoltaica a la batería, provoca una cierta pérdida de energía.Para evitar la pérdida de energía, se pasó a explorar el uso de componentes fotosensibles dentro de la propia batería.Ha habido avances sustanciales en la integración de componentes fotosensibles dentro de una batería, lo que ha dado como resultado la formación de baterías solares más compactas.
Aunque su diseño ha mejorado, las baterías solares existentes todavía tienen algunos inconvenientes.Algunas de estas desventajas asociadas con varios tipos de baterías solares incluyen: menor capacidad para aprovechar suficiente energía solar, uso de electrolitos orgánicos que pueden corroer el componente orgánico fotosensible dentro de una batería y formación de productos secundarios que dificultan el rendimiento sostenido de una batería en el largo plazo.
En este estudio, Amar Kumar decidió explorar nuevos materiales fotosensibles que también puedan incorporar litio y construir una batería solar que sea a prueba de fugas y funcione de manera eficiente en condiciones ambientales.Las baterías solares que tienen dos electrodos generalmente incluyen un tinte fotosensible en uno de los electrodos mezclado físicamente con un componente estabilizador que ayuda a impulsar el flujo de electrones a través de la batería.Un electrodo que es una mezcla física de dos materiales tiene limitaciones en el uso óptimo del área de superficie del electrodo.Para evitarlo, los investigadores del grupo de TN Narayanan crearon una heteroestructura de MoS2 (disulfuro de molibdeno) y MoOx (óxido de molibdeno) fotosensibles para que funcione como un único electrodo.Al ser una heteroestructura en la que MoS2 y MoOx se han fusionado mediante una técnica de deposición química de vapor, este electrodo permite una mayor superficie para absorber energía solar.Cuando los rayos de luz inciden en el electrodo, el MoS2 fotosensible genera electrones y al mismo tiempo crea vacantes llamadas agujeros.MoOx mantiene separados los electrones y los huecos y transfiere los electrones al circuito de la batería.
Se descubrió que esta batería solar, que se ensambló completamente desde cero, funciona bien cuando se expone a luz solar simulada.La composición del electrodo de heteroestructura utilizado en esta batería también se ha estudiado ampliamente con microscopio electrónico de transmisión.Los autores del estudio están trabajando actualmente para descubrir el mecanismo por el cual MoS2 y MoOx trabajan en conjunto con el ánodo de litio, lo que genera corriente.Si bien esta batería solar logra una mayor interacción del material fotosensible con la luz, aún debe lograr la generación de niveles óptimos de corriente para recargar completamente una batería de iones de litio.Con este objetivo en mente, el laboratorio de TN Narayanan está explorando cómo estos electrodos de heteroestructura pueden allanar el camino para abordar los desafíos de las baterías solares actuales.
Hora de publicación: 11 de mayo de 2022