مهندسی نسل بعدی باتری های خورشیدی

باتری های ثانویه، مانند باتری های لیتیوم یونی، پس از اتمام انرژی ذخیره شده، نیاز به شارژ مجدد دارند.در تلاش برای کاهش وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی، دانشمندان در حال بررسی راه‌های پایدار برای شارژ باتری‌های ثانویه هستند.اخیرا، آمار کومار (دانشجوی فارغ التحصیل آزمایشگاه TN Narayanan در TIFR حیدرآباد) و همکارانش یک باتری فشرده لیتیوم یونی با مواد حساس به نور را مونتاژ کرده اند که می تواند مستقیماً با انرژی خورشیدی شارژ شود.

تلاش‌های اولیه برای هدایت انرژی خورشیدی برای شارژ مجدد باتری‌ها، استفاده از سلول‌های فتوولتائیک و باتری‌ها را به‌عنوان موجودیت‌های جداگانه به کار گرفت.انرژی خورشیدی توسط سلول های فتوولتائیک به انرژی الکتریکی تبدیل می شود که در نتیجه به عنوان انرژی شیمیایی در باتری ها ذخیره می شود.سپس انرژی ذخیره شده در این باتری ها برای تامین انرژی دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود.این رله انرژی از یک جزء به جزء دیگر، به عنوان مثال، از سلول فتوولتائیک به باتری، منجر به کاهش انرژی می شود.برای جلوگیری از اتلاف انرژی، تغییری به سمت کاوش در استفاده از اجزای حساس به نور درون خود باتری صورت گرفت.پیشرفت قابل توجهی در ادغام اجزای حساس به نور در یک باتری صورت گرفته است که منجر به تشکیل باتری های خورشیدی فشرده تر می شود.

باتری‌های خورشیدی موجود اگرچه از نظر طراحی بهبود یافته‌اند، هنوز هم دارای اشکالاتی هستند.تعدادی از این معایب مرتبط با انواع مختلف باتری های خورشیدی عبارتند از: کاهش توانایی برای مهار انرژی خورشیدی کافی، استفاده از الکترولیت آلی که ممکن است اجزای آلی حساس به نور درون باتری را خورده کند، و تشکیل محصولات جانبی که مانع عملکرد پایدار باتری می شود. بلند مدت

در این مطالعه، آمار کومار تصمیم گرفت مواد حساس به نور جدیدی را که همچنین می توانند لیتیوم را در خود جای دهند، کشف کند و یک باتری خورشیدی بسازد که ضد نشت باشد و در شرایط محیطی کارآمد باشد.باتری‌های خورشیدی که دارای دو الکترود هستند معمولاً شامل یک رنگ حساس به نور در یکی از الکترودها می‌شوند که از نظر فیزیکی با یک جزء تثبیت‌کننده مخلوط می‌شود که به هدایت جریان الکترون‌ها از طریق باتری کمک می‌کند.یک الکترود که ترکیبی فیزیکی از دو ماده است، محدودیت هایی در استفاده بهینه از سطح الکترود دارد.برای جلوگیری از این امر، محققان گروه TN Narayanan ساختاری ناهمگون از MoS2 حساس به نور (دی سولفید مولیبدن) و MoOx (اکسید مولیبدن) ایجاد کردند تا به عنوان یک الکترود واحد عمل کند.این الکترود به عنوان یک ساختار ناهمسان که در آن MoS2 و MoOx توسط تکنیک رسوب بخار شیمیایی با هم ذوب شده اند، این الکترود اجازه می دهد تا سطح بیشتری برای جذب انرژی خورشیدی داشته باشد.هنگامی که پرتوهای نور به الکترود برخورد می کنند، MoS2 حساس به نور الکترون تولید می کند و به طور همزمان جاهای خالی به نام حفره ایجاد می کند.MoOx الکترون ها و حفره ها را از هم دور نگه می دارد و الکترون ها را به مدار باتری منتقل می کند.

این باتری خورشیدی که به طور کامل از ابتدا مونتاژ شده بود، زمانی که در معرض نور خورشیدی شبیه سازی شده قرار می گرفت، به خوبی عمل می کرد.ترکیب الکترود ناهمساختار مورد استفاده در این باتری با میکروسکوپ الکترونی عبوری نیز به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است.نویسندگان این مطالعه در حال حاضر برای کشف مکانیسمی کار می کنند که توسط آن MoS2 و MoOx پشت سر هم با آند لیتیوم کار می کنند که منجر به تولید جریان می شود.در حالی که این باتری خورشیدی به تعامل بالاتری از مواد حساس به نور با نور دست می یابد، هنوز به تولید سطوح بهینه جریان برای شارژ مجدد باتری لیتیوم یونی دست پیدا نکرده است.با در نظر گرفتن این هدف، آزمایشگاه TN Narayanan در حال بررسی این است که چگونه چنین الکترودهای ناهم ساختاری می توانند راه را برای رسیدگی به چالش های باتری های خورشیدی امروزی هموار کنند.