Les batteries secondaires, telles que les batteries lithium-ion, doivent être rechargées une fois l'énergie stockée épuisée.Dans le but de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, les scientifiques ont exploré des moyens durables de recharger les batteries secondaires.Récemment, Amar Kumar (étudiant diplômé au laboratoire de TN Narayanan à TIFR Hyderabad) et ses collègues ont assemblé une batterie lithium-ion compacte avec des matériaux photosensibles qui peuvent être directement rechargés avec l'énergie solaire.
Les efforts initiaux visant à canaliser l’énergie solaire pour recharger les batteries utilisaient des cellules et des batteries photovoltaïques en tant qu’entités distinctes.L'énergie solaire est convertie par les cellules photovoltaïques en énergie électrique qui est ensuite stockée sous forme d'énergie chimique dans des batteries.L’énergie stockée dans ces batteries est ensuite utilisée pour alimenter les appareils électroniques.Ce relais d'énergie d'un composant à l'autre, par exemple de la cellule photovoltaïque à la batterie, entraîne une certaine perte d'énergie.Pour éviter les pertes d'énergie, on a commencé à explorer l'utilisation de composants photosensibles à l'intérieur d'une batterie elle-même.Des progrès substantiels ont été réalisés dans l'intégration de composants photosensibles au sein d'une batterie, ce qui a abouti à la formation de batteries solaires plus compactes.
Bien que de conception améliorée, les batteries solaires existantes présentent encore certains inconvénients.Quelques-uns de ces inconvénients associés à divers types de batteries solaires comprennent : une capacité réduite à exploiter suffisamment d'énergie solaire, l'utilisation d'un électrolyte organique qui peut corroder le composant organique photosensible à l'intérieur d'une batterie et la formation de produits secondaires qui entravent les performances durables d'une batterie dans le long terme.
Dans cette étude, Amar Kumar a décidé d'explorer de nouveaux matériaux photosensibles pouvant également incorporer du lithium et de construire une batterie solaire étanche et fonctionnant efficacement dans des conditions ambiantes.Les batteries solaires dotées de deux électrodes incluent généralement un colorant photosensible dans l'une des électrodes physiquement mélangé à un composant stabilisant qui aide à diriger le flux d'électrons à travers la batterie.Une électrode qui est un mélange physique de deux matériaux présente des limites quant à l'utilisation optimale de la surface de l'électrode.Pour éviter cela, les chercheurs du groupe de TN Narayanan ont créé une hétérostructure de MoS2 photosensible (disulfure de molybdène) et de MoOx (oxyde de molybdène) pour fonctionner comme une seule électrode.Étant une hétérostructure dans laquelle le MoS2 et le MoOx ont été fusionnés par une technique de dépôt chimique en phase vapeur, cette électrode permet une plus grande surface pour absorber l'énergie solaire.Lorsque les rayons lumineux frappent l’électrode, le MoS2 photosensible génère des électrons et crée simultanément des lacunes appelées trous.MoOx sépare les électrons des trous et transfère les électrons vers le circuit de la batterie.
Cette batterie solaire, entièrement assemblée à partir de zéro, s’est avérée bien fonctionner lorsqu’elle est exposée à une lumière solaire simulée.La composition de l’électrode à hétérostructure utilisée dans cette batterie a également été étudiée de manière approfondie au microscope électronique à transmission.Les auteurs de l'étude travaillent actuellement à découvrir le mécanisme par lequel MoS2 et MoOx fonctionnent en tandem avec l'anode au lithium, entraînant la génération de courant.Bien que cette batterie solaire permette une interaction plus élevée du matériau photosensible avec la lumière, elle n'a pas encore atteint la génération de niveaux de courant optimaux pour recharger complètement une batterie lithium-ion.Dans cet objectif, le laboratoire de TN Narayanan explore comment de telles électrodes à hétérostructure peuvent ouvrir la voie pour relever les défis des batteries solaires actuelles.
Heure de publication : 11 mai 2022