Le batterie secondarie, come le batterie agli ioni di litio, devono essere ricaricate una volta esaurita l'energia immagazzinata.Nel tentativo di ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili, gli scienziati hanno esplorato modi sostenibili per ricaricare le batterie secondarie.Recentemente, Amar Kumar (studente laureato presso il laboratorio di TN Narayanan a TIFR Hyderabad) e i suoi colleghi hanno assemblato una batteria compatta agli ioni di litio con materiali fotosensibili che può essere ricaricata direttamente con l'energia solare.
Gli sforzi iniziali per incanalare l’energia solare per ricaricare le batterie hanno impiegato l’uso di celle fotovoltaiche e batterie come entità separate.L'energia solare viene convertita dalle celle fotovoltaiche in energia elettrica che viene successivamente immagazzinata come energia chimica nelle batterie.L'energia immagazzinata in queste batterie viene quindi utilizzata per alimentare i dispositivi elettronici.Questo trasferimento di energia da un componente all'altro, ad esempio dalla cella fotovoltaica alla batteria, porta ad una certa perdita di energia.Per prevenire la perdita di energia, si è passati all’esplorazione dell’uso di componenti fotosensibili all’interno della batteria stessa.Sono stati compiuti progressi sostanziali nell'integrazione dei componenti fotosensibili all'interno di una batteria, con conseguente formazione di batterie solari più compatte.
Sebbene migliorate nel design, le batterie solari esistenti presentano ancora alcuni inconvenienti.Alcuni di questi svantaggi associati ai vari tipi di batterie solari includono: ridotta capacità di sfruttare abbastanza energia solare, uso di elettrolita organico che potrebbe corrodere il componente organico fotosensibile all'interno di una batteria e formazione di prodotti collaterali che ostacolano le prestazioni prolungate di una batteria in il lungo termine.
In questo studio, Amar Kumar ha deciso di esplorare nuovi materiali fotosensibili che possono anche incorporare litio e costruire una batteria solare che sarebbe a prova di perdite e funzionerebbe in modo efficiente in condizioni ambientali.Le batterie solari che hanno due elettrodi solitamente includono un colorante fotosensibile in uno degli elettrodi fisicamente miscelato con un componente stabilizzante che aiuta a guidare il flusso di elettroni attraverso la batteria.Un elettrodo che è una miscela fisica di due materiali presenta limitazioni sull'utilizzo ottimale della superficie dell'elettrodo.Per evitare ciò, i ricercatori del gruppo di TN Narayanan hanno creato un'eterostruttura di MoS2 (disolfuro di molibdeno) fotosensibile e MoOx (ossido di molibdeno) per funzionare come un singolo elettrodo.Essendo un'eterostruttura in cui MoS2 e MoOx sono stati fusi insieme mediante una tecnica di deposizione chimica da vapore, questo elettrodo consente una maggiore area superficiale per assorbire l'energia solare.Quando i raggi luminosi colpiscono l'elettrodo, il MoS2 fotosensibile genera elettroni e contemporaneamente crea posti vacanti chiamati buchi.MoOx mantiene separati gli elettroni e le lacune e trasferisce gli elettroni al circuito della batteria.
Si è scoperto che questa batteria solare, completamente assemblata da zero, funziona bene se esposta alla luce solare simulata.La composizione dell'elettrodo eterostruttura utilizzato in questa batteria è stata ampiamente studiata anche con il microscopio elettronico a trasmissione.Gli autori dello studio stanno attualmente lavorando per scoprire il meccanismo mediante il quale MoS2 e MoOx lavorano in tandem con l'anodo di litio determinando la generazione di corrente.Sebbene questa batteria solare raggiunga una maggiore interazione del materiale fotosensibile con la luce, deve ancora raggiungere la generazione di livelli ottimali di corrente per ricaricare completamente una batteria agli ioni di litio.Con questo obiettivo in mente, il laboratorio di TN Narayanan sta esplorando come tali elettrodi eterostrutturati possano aprire la strada per affrontare le sfide delle attuali batterie solari.
Orario di pubblicazione: 11 maggio 2022