Вторичные батареи, такие как литий-ионные, необходимо заряжать после того, как накопленная энергия будет израсходована.Стремясь уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива, ученые изучают устойчивые способы перезарядки аккумуляторных батарей.Недавно Амар Кумар (аспирант лаборатории Т. Н. Нараянана в Хайдарабаде) и его коллеги собрали компактную литий-ионную батарею из светочувствительных материалов, которую можно напрямую заряжать солнечной энергией.
Первоначальные попытки направить солнечную энергию для перезарядки батарей предполагали использование фотоэлектрических элементов и батарей как отдельных объектов.Солнечная энергия преобразуется фотоэлектрическими элементами в электрическую энергию, которая затем сохраняется в виде химической энергии в батареях.Энергия, запасенная в этих батареях, затем используется для питания электронных устройств.Эта передача энергии от одного компонента к другому, например, от фотоэлектрического элемента к батарее, приводит к некоторым потерям энергии.Чтобы предотвратить потери энергии, был сделан сдвиг в сторону использования светочувствительных компонентов внутри самой батареи.Был достигнут значительный прогресс в интеграции светочувствительных компонентов в батарею, что привело к созданию более компактных солнечных батарей.
Несмотря на усовершенствованную конструкцию, существующие солнечные батареи все же имеют некоторые недостатки.Некоторые из этих недостатков, связанных с различными типами солнечных батарей, включают: снижение способности использовать достаточное количество солнечной энергии, использование органического электролита, который может разъедать светочувствительный органический компонент внутри батареи, а также образование побочных продуктов, которые препятствуют устойчивой работе батареи в процессе эксплуатации. долгосрочная перспектива.
В этом исследовании Амар Кумар решил изучить новые светочувствительные материалы, которые также могут включать в себя литий, и создать солнечную батарею, которая будет герметичной и будет эффективно работать в условиях окружающей среды.Солнечные батареи с двумя электродами обычно содержат светочувствительный краситель в одном из электродов, физически смешанный со стабилизирующим компонентом, который помогает управлять потоком электронов через батарею.Электрод, который представляет собой физическую смесь двух материалов, имеет ограничения по оптимальному использованию площади поверхности электрода.Чтобы избежать этого, исследователи из группы Т. Н. Нараянана создали гетероструктуру из светочувствительного MoS2 (дисульфида молибдена) и MoOx (оксида молибдена), чтобы она функционировала как одиночный электрод.Будучи гетероструктурой, в которой MoS2 и MoOx сплавлены вместе методом химического осаждения из паровой фазы, этот электрод позволяет увеличить площадь поверхности для поглощения солнечной энергии.Когда лучи света попадают на электрод, светочувствительный MoS2 генерирует электроны и одновременно создает вакансии, называемые дырками.MoOx удерживает электроны и дырки отдельно и переносит электроны в цепь батареи.
Было обнаружено, что эта солнечная батарея, полностью собранная с нуля, хорошо работает при воздействии искусственного солнечного света.Состав гетероструктурного электрода, используемого в этой батарее, также был тщательно изучен с помощью просвечивающего электронного микроскопа.Авторы исследования в настоящее время работают над раскрытием механизма, с помощью которого MoS2 и MoOx работают в тандеме с литиевым анодом, приводя к генерации тока.Хотя эта солнечная батарея обеспечивает более высокое взаимодействие светочувствительного материала со светом, ей еще предстоит генерировать оптимальные уровни тока для полной зарядки литий-ионной батареи.Помня об этой цели, лаборатория Т.Н. Нараянана изучает, как такие гетероструктурные электроды могут проложить путь к решению проблем современных солнечных батарей.
Время публикации: 11 мая 2022 г.