Sekundære batterier, for eksempel litiumionbatterier, må lades opp når den lagrede energien er brukt opp.I et forsøk på å redusere vår avhengighet av fossilt brensel, har forskere undersøkt bærekraftige måter å lade sekundære batterier på.Nylig har Amar Kumar (graduate student ved TN Narayanans laboratorium i TIFR Hyderabad) og kollegene hans satt sammen et kompakt litiumionbatteri med lysfølsomme materialer som kan lades opp direkte med solenergi.
Den første innsatsen for å kanalisere solenergi for å lade batterier brukte bruken av solcelleceller og batterier som separate enheter.Solenergi omdannes av fotovoltaiske celler til elektrisk energi som følgelig lagres som kjemisk energi i batterier.Energien som er lagret i disse batteriene brukes deretter til å drive de elektroniske enhetene.Dette reléet av energi fra en komponent til den andre, for eksempel fra solcellecellen til batteriet, fører til noe tap i energi.For å forhindre energitap, var det et skifte mot å utforske bruken av lysfølsomme komponenter inne i selve batteriet.Det har vært betydelig fremgang med å integrere lysfølsomme komponenter i et batteri, noe som har resultert i dannelsen av mer kompakte solcellebatterier.
Selv om de er forbedret i design, har eksisterende solcellebatterier fortsatt noen ulemper.Noen få av disse ulempene forbundet med ulike typer solcellebatterier inkluderer: redusert evne til å utnytte nok solenergi, bruk av organisk elektrolytt som kan korrodere den lysfølsomme organiske komponenten inne i et batteri, og dannelse av sideprodukter som hindrer vedvarende ytelse til et batteri i på lang sikt.
I denne studien bestemte Amar Kumar seg for å utforske nye fotosensitive materialer som også kan inkorporere litium og bygge et solcellebatteri som vil være lekkasjesikkert og fungere effektivt under omgivelsesforhold.Solbatterier som har to elektroder inkluderer vanligvis et lysfølsomt fargestoff i en av elektrodene fysisk blandet med en stabiliserende komponent som hjelper til med å drive strømmen av elektroner gjennom batteriet.En elektrode som er en fysisk blanding av to materialer har begrensninger på optimal bruk av overflatearealet til elektroden.For å unngå dette opprettet forskere fra TN Narayanans gruppe en heterostruktur av fotosensitiv MoS2 (molybdendisulfid) og MoOx (molybdenoksid) for å fungere som en enkelt elektrode.Denne elektroden er en heterostruktur der MoS2 og MoOx har blitt smeltet sammen ved en kjemisk dampavsetningsteknikk, og tillater mer overflateareal for å absorbere solenergi.Når lysstråler treffer elektroden, genererer den lysfølsomme MoS2 elektroner og skaper samtidig vakanser kalt hull.MoOx holder elektronene og hullene fra hverandre, og overfører elektronene til batterikretsen.
Dette solcellebatteriet, som ble fullstendig satt sammen fra bunnen av, ble funnet å fungere bra når det ble utsatt for simulert sollys.Sammensetningen av heterostrukturelektroden som brukes i dette batteriet har også blitt studert omfattende med transmisjonselektronmikroskop.Forfatterne av studien jobber for tiden med å avdekke mekanismen som MoS2 og MoOx fungerer sammen med litiumanode som resulterer i generering av strøm.Selv om dette solcellebatteriet oppnår en høyere interaksjon av lysfølsomt materiale med lys, er det ennå ikke oppnådd generering av optimale strømnivåer for å lade et litiumionbatteri fullt ut.Med dette målet i tankene, utforsker TN Narayanans laboratorium hvordan slike heterostrukturelektroder kan bane vei for å møte utfordringene med dagens solcellebatterier.
Innleggstid: 11. mai 2022