วิศวกรรมแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์รุ่นต่อไป

แบตเตอรี่สำรอง เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จะต้องชาร์จใหม่เมื่อพลังงานที่เก็บไว้หมดลงเพื่อลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจวิธีที่ยั่งยืนในการชาร์จแบตเตอรี่สำรองเมื่อเร็วๆ นี้ Amar Kumar (นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากห้องทดลองของ TN Narayanan ใน TIFR Hyderabad) และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ประกอบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาดกะทัดรัดที่มีวัสดุไวแสงซึ่งสามารถชาร์จใหม่ได้ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์โดยตรง

ความพยายามในระยะเริ่มแรกในการส่งพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่โดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่เป็นหน่วยงานที่แยกจากกันพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกแปลงโดยเซลล์แสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าและถูกจัดเก็บเป็นพลังงานเคมีในแบตเตอรี่พลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่เหล่านี้จะนำไปใช้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การถ่ายทอดพลังงานจากส่วนประกอบหนึ่งไปยังอีกส่วนประกอบหนึ่ง เช่น จากเซลล์แสงอาทิตย์ไปยังแบตเตอรี่ ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานบางส่วนเพื่อป้องกันการสูญเสียพลังงาน จึงมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่การสำรวจการใช้ส่วนประกอบที่ไวต่อแสงภายในตัวแบตเตอรี่มีความก้าวหน้าอย่างมากในการบูรณาการส่วนประกอบที่ไวต่อแสงภายในแบตเตอรี่ ส่งผลให้เกิดแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

แม้ว่าการออกแบบจะได้รับการปรับปรุง แต่แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ยังคงมีข้อเสียบางประการข้อเสียบางประการที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ประเภทต่างๆ ได้แก่: ความสามารถในการควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ที่เพียงพอลดลง การใช้อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ที่อาจกัดกร่อนส่วนประกอบอินทรีย์ที่ไวต่อแสงภายในแบตเตอรี่ และการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่ขัดขวางประสิทธิภาพการทำงานที่ยั่งยืนของแบตเตอรี่ใน ในระยะยาว

ในการศึกษานี้ Amar Kumar ตัดสินใจสำรวจวัสดุไวแสงใหม่ๆ ซึ่งสามารถรวมลิเธียมและสร้างแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่จะป้องกันการรั่วซึมและทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอิเล็กโทรดสองตัวมักจะมีสีย้อมไวแสงอยู่ในอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งที่ผสมทางกายภาพกับส่วนประกอบที่ทำให้เสถียรซึ่งช่วยขับเคลื่อนการไหลของอิเล็กตรอนผ่านแบตเตอรี่อิเล็กโทรดซึ่งเป็นส่วนผสมทางกายภาพของวัสดุทั้งสองมีข้อจำกัดในการใช้พื้นที่ผิวของอิเล็กโทรดอย่างเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ นักวิจัยจากกลุ่มของ TN Narayanan ได้สร้างโครงสร้างที่แตกต่างกันของ MoS2 (โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์) และ MoOx (โมลิบดีนัมออกไซด์) ที่ไวต่อแสงเพื่อทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดเดี่ยวเนื่องจากเป็นโครงสร้างแบบเฮเทอโรโครงสร้างที่ MoS2 และ MoOx ถูกหลอมรวมเข้าด้วยกันโดยเทคนิคการสะสมไอสารเคมี อิเล็กโทรดนี้จึงช่วยให้มีพื้นที่ผิวมากขึ้นในการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อรังสีแสงกระทบอิเล็กโทรด MoS2 ที่ไวต่อแสงจะสร้างอิเล็กตรอนและสร้างตำแหน่งว่างที่เรียกว่ารูไปพร้อมกันMoOx แยกอิเล็กตรอนและรูออกจากกัน และถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังวงจรแบตเตอรี่

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์นี้ซึ่งประกอบขึ้นใหม่ทั้งหมดตั้งแต่เริ่มต้น พบว่าทำงานได้ดีเมื่อสัมผัสกับแสงพลังงานแสงอาทิตย์จำลององค์ประกอบของอิเล็กโทรดโครงสร้างเฮเทอโรสเตรทที่ใช้ในแบตเตอรี่นี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเช่นกันปัจจุบันผู้เขียนงานวิจัยกำลังดำเนินการขุดค้นกลไกที่ MoS2 และ MoOx ทำงานควบคู่กับลิเธียมแอโนดซึ่งส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าแม้ว่าแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์นี้จะมีปฏิกิริยาระหว่างวัสดุที่ไวต่อแสงกับแสงได้สูงกว่า แต่ก็ยังไม่สามารถสร้างกระแสไฟในระดับที่เหมาะสมเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้จนเต็มด้วยเป้าหมายนี้ ห้องปฏิบัติการของ TN Narayanan กำลังสำรวจว่าอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างต่างกันดังกล่าวสามารถปูทางไปสู่การจัดการกับความท้าทายของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันได้อย่างไร