Вторинні батареї, такі як літій-іонні батареї, потрібно заряджати, коли накопичена енергія вичерпається.Намагаючись зменшити нашу залежність від викопного палива, вчені досліджували стійкі способи перезарядки вторинних батарей.Нещодавно Амар Кумар (аспірант лабораторії Т. Н. Нараянана в TIFR Хайдарабаді) та його колеги зібрали компактну літій-іонну батарею зі світлочутливих матеріалів, яку можна заряджати безпосередньо сонячною енергією.
Початкові спроби направити сонячну енергію для підзарядки батарей використовували фотоелектричні елементи та батареї як окремі одиниці.Сонячна енергія перетворюється фотоелектричними елементами в електричну енергію, яка, відповідно, зберігається як хімічна енергія в батареях.Енергія, що зберігається в цих батареях, потім використовується для живлення електронних пристроїв.Це ретрансляція енергії від одного компонента до іншого, наприклад, від фотоелектричного елемента до батареї, призводить до певних втрат енергії.Щоб запобігти втратам енергії, відбувся зсув у бік вивчення використання світлочутливих компонентів у самій батареї.Було досягнуто значного прогресу в об’єднанні фоточутливих компонентів у батарею, що призвело до створення більш компактних сонячних батарей.
Незважаючи на покращений дизайн, існуючі сонячні батареї все ще мають деякі недоліки.Деякі з цих недоліків, пов’язаних з різними типами сонячних батарей, включають: зниження здатності використовувати достатню кількість сонячної енергії, використання органічного електроліту, який може роз’їдати фоточутливий органічний компонент всередині батареї, і утворення побічних продуктів, які перешкоджають тривалій роботі батареї в довгостроковий.
У цьому дослідженні Амар Кумар вирішив вивчити нові світлочутливі матеріали, які також можуть містити літій, і створити сонячну батарею, яка була б герметичною та ефективно працювала в умовах навколишнього середовища.Сонячні батареї, які мають два електроди, зазвичай включають світлочутливий барвник в одному з електродів, фізично змішаний із стабілізуючим компонентом, який допомагає керувати потоком електронів через батарею.Електрод, який є фізичною сумішшю двох матеріалів, має обмеження щодо оптимального використання площі поверхні електрода.Щоб уникнути цього, дослідники з групи TN Narayanan створили гетероструктуру з фоточутливого MoS2 (дисульфіду молібдену) і MoOx (оксиду молібдену), яка функціонує як один електрод.Будучи гетероструктурою, в якій MoS2 і MoOx були злиті разом методом хімічного осадження з парової фази, цей електрод дозволяє збільшити площу поверхні для поглинання сонячної енергії.Коли промені світла потрапляють на електрод, світлочутливий MoS2 генерує електрони та одночасно створює вакансії, які називаються дірками.MoOx тримає електрони та дірки окремо та передає електрони до ланцюга батареї.
Було встановлено, що ця сонячна батарея, яка була повністю зібрана з нуля, добре працює під впливом імітованого сонячного світла.Склад гетероструктурного електрода, який використовується в цій батареї, також був ретельно вивчений за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа.Автори дослідження зараз працюють над розкриттям механізму, за допомогою якого MoS2 і MoOx працюють у парі з літієвим анодом, що призводить до генерації струму.Хоча ця сонячна батарея досягає більш високої взаємодії фоточутливого матеріалу зі світлом, вона ще не досягла генерації оптимальних рівнів струму для повної зарядки літій-іонної батареї.Маючи на увазі цю мету, лабораторія TN Narayanan досліджує, як такі гетероструктурні електроди можуть прокласти шлях для вирішення проблем сучасних сонячних батарей.
Час публікації: 11 травня 2022 р