Secundaire batterijen, zoals lithium-ionbatterijen, moeten worden opgeladen zodra de opgeslagen energie is opgebruikt.In een poging onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen, hebben wetenschappers duurzame manieren onderzocht om secundaire batterijen op te laden.Onlangs hebben Amar Kumar (afgestudeerd student aan het laboratorium van TN Narayanan in TIFR Hyderabad) en zijn collega's een compacte lithium-ionbatterij samengesteld met lichtgevoelige materialen die direct kan worden opgeladen met zonne-energie.
Bij de eerste pogingen om zonne-energie te kanaliseren om batterijen op te laden, werd gebruik gemaakt van fotovoltaïsche cellen en batterijen als afzonderlijke entiteiten.Zonne-energie wordt door fotovoltaïsche cellen omgezet in elektrische energie die vervolgens als chemische energie in batterijen wordt opgeslagen.De energie die in deze batterijen is opgeslagen, wordt vervolgens gebruikt om de elektronische apparaten van stroom te voorzien.Dit doorgeven van energie van het ene onderdeel naar het andere, bijvoorbeeld van de fotovoltaïsche cel naar de batterij, leidt tot enig energieverlies.Om energieverlies te voorkomen, vond er een verschuiving plaats naar het onderzoeken van het gebruik van lichtgevoelige componenten in de batterij zelf.Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het integreren van lichtgevoelige componenten in een batterij, wat heeft geleid tot de vorming van compactere zonnebatterijen.
Hoewel het ontwerp verbeterd is, hebben bestaande zonnebatterijen nog steeds enkele nadelen.Enkele van deze nadelen die verband houden met verschillende soorten zonnebatterijen zijn onder meer: verminderd vermogen om voldoende zonne-energie te benutten, gebruik van organische elektrolyt die de lichtgevoelige organische component in een batterij kan aantasten, en de vorming van bijproducten die de duurzame prestaties van een batterij in de batterij belemmeren. de lange termijn.
In deze studie besloot Amar Kumar nieuwe lichtgevoelige materialen te onderzoeken die ook lithium kunnen bevatten en een zonnebatterij te bouwen die lekvrij zou zijn en efficiënt zou werken in omgevingsomstandigheden.Zonnebatterijen met twee elektroden bevatten gewoonlijk een lichtgevoelige kleurstof in een van de elektroden, fysiek gemengd met een stabiliserende component die de elektronenstroom door de batterij helpt aandrijven.Een elektrode die een fysiek mengsel is van twee materialen heeft beperkingen wat betreft optimaal gebruik van het oppervlak van de elektrode.Om dit te voorkomen creëerden onderzoekers van de groep van TN Narayanan een heterostructuur van lichtgevoelige MoS2 (molybdeendisulfide) en MoOx (molybdeenoxide) om als een enkele elektrode te functioneren.Omdat het een heterostructuur is waarin de MoS2 en MoOx zijn samengesmolten door middel van een chemische dampafzettingstechniek, zorgt deze elektrode voor een groter oppervlak om zonne-energie te absorberen.Wanneer lichtstralen de elektrode raken, genereert de lichtgevoelige MoS2 elektronen en creëert tegelijkertijd gaten die gaten worden genoemd.MoOx houdt de elektronen en gaten uit elkaar en brengt de elektronen over naar het batterijcircuit.
Deze zonnebatterij, die volledig opnieuw werd samengesteld, bleek goed te werken bij blootstelling aan gesimuleerd zonlicht.De samenstelling van de heterostructuurelektrode die in deze batterij wordt gebruikt, is ook uitgebreid bestudeerd met een transmissie-elektronenmicroscoop.De auteurs van de studie werken momenteel aan het ontrafelen van het mechanisme waarmee MoS2 en MoOx samenwerken met de lithiumanode, wat resulteert in het genereren van stroom.Hoewel deze zonnebatterij een hogere interactie van lichtgevoelig materiaal met licht bereikt, moet er nog steeds een optimaal stroomniveau worden gegenereerd om een lithium-ionbatterij volledig op te laden.Met dit doel voor ogen onderzoekt het laboratorium van TN Narayanan hoe dergelijke heterostructuurelektroden de weg kunnen vrijmaken voor het aanpakken van de uitdagingen van de huidige zonnebatterijen.
Posttijd: 11 mei 2022