Sekundarne baterije, kot so litij-ionske baterije, je treba ponovno napolniti, ko se porabi shranjena energija.V želji, da bi zmanjšali našo odvisnost od fosilnih goriv, znanstveniki raziskujejo trajnostne načine za ponovno polnjenje sekundarnih baterij.Nedavno so Amar Kumar (podiplomski študent v laboratoriju TN Narayanan v TIFR Hyderabad) in njegovi kolegi sestavili kompaktno litij-ionsko baterijo s fotoobčutljivimi materiali, ki jo je mogoče neposredno napolniti s sončno energijo.
Začetna prizadevanja za usmerjanje sončne energije za polnjenje baterij so vključevala uporabo fotovoltaičnih celic in baterij kot ločenih enot.Sončno energijo fotovoltaične celice pretvorijo v električno energijo, ki se posledično shrani kot kemična energija v baterijah.Energija, shranjena v teh baterijah, se nato uporabi za napajanje elektronskih naprav.Ta prenos energije od ene komponente do druge, na primer od fotonapetostne celice do baterije, povzroči nekaj izgube energije.Da bi preprečili izgubo energije, je prišlo do premika k raziskovanju uporabe fotoobčutljivih komponent v sami bateriji.Pri vključevanju fotoobčutljivih komponent v baterijo je bil dosežen znaten napredek, kar je povzročilo oblikovanje bolj kompaktnih sončnih baterij.
Čeprav imajo obstoječe sončne baterije izboljšano obliko, imajo še vedno nekaj pomanjkljivosti.Nekaj teh pomanjkljivosti, povezanih z različnimi vrstami sončnih baterij, vključuje: zmanjšano sposobnost izkoriščanja dovolj sončne energije, uporabo organskega elektrolita, ki lahko razjeda fotoobčutljivo organsko komponento v bateriji, in nastajanje stranskih produktov, ki ovirajo trajno delovanje baterije v dolgoročno.
V tej študiji se je Amar Kumar odločil raziskati nove fotoobčutljive materiale, ki lahko vsebujejo tudi litij, in zgraditi sončno baterijo, ki bi bila neprepustna in bi učinkovito delovala v okoljskih pogojih.Sončne baterije z dvema elektrodama običajno vključujejo fotoobčutljivo barvilo v eni od elektrod, fizično pomešano s stabilizacijsko komponento, ki pomaga pri pretoku elektronov skozi baterijo.Elektroda, ki je fizikalna mešanica dveh materialov, ima omejitve glede optimalne uporabe površine elektrode.Da bi se temu izognili, so raziskovalci iz skupine TN Narayanan ustvarili heterostrukturo fotoobčutljivega MoS2 (molibdenovega disulfida) in MoOx (molibdenovega oksida), ki deluje kot ena elektroda.Ker gre za heterostrukturo, kjer sta bila MoS2 in MoOx spojena s tehniko nanašanja s kemično paro, ta elektroda omogoča večjo površino za absorbcijo sončne energije.Ko svetlobni žarki zadenejo elektrodo, fotosenzibilni MoS2 ustvari elektrone in hkrati ustvari prazna mesta, imenovana luknje.MoOx drži elektrone in luknje narazen in jih prenaša v akumulatorsko vezje.
Za to sončno baterijo, ki je bila v celoti sestavljena iz nič, je bilo ugotovljeno, da deluje dobro, če je izpostavljena simulirani sončni svetlobi.Sestava heterostrukturne elektrode, uporabljene v tej bateriji, je bila obsežno raziskana tudi s transmisijskim elektronskim mikroskopom.Avtorji študije trenutno delajo na odkrivanju mehanizma, s katerim MoS2 in MoOx delujeta v tandemu z litijevo anodo, kar povzroči ustvarjanje toka.Čeprav ta sončna baterija dosega večjo interakcijo fotoobčutljivega materiala s svetlobo, še ni dosegla ustvarjanja optimalnih ravni toka za popolno polnjenje litij-ionske baterije.S tem ciljem v mislih laboratorij TN Narayanan raziskuje, kako lahko takšne heterostrukturne elektrode utrejo pot za reševanje izzivov današnjih sončnih baterij.
Čas objave: 11. maja 2022