Pin thứ cấp, chẳng hạn như pin lithium ion, cần được sạc lại sau khi sử dụng hết năng lượng dự trữ.Trong nỗ lực giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch, các nhà khoa học đã khám phá những cách bền vững để sạc lại pin thứ cấp.Gần đây, Amar Kumar (sinh viên tốt nghiệp tại phòng thí nghiệm của TN Narayanan ở TIFR Hyderabad) và các đồng nghiệp đã lắp ráp một loại pin lithium ion nhỏ gọn bằng vật liệu cảm quang có thể sạc trực tiếp bằng năng lượng mặt trời.
Những nỗ lực ban đầu nhằm truyền năng lượng mặt trời để sạc lại pin đã sử dụng pin quang điện và pin như những thực thể riêng biệt.Năng lượng mặt trời được chuyển đổi bởi các tế bào quang điện thành năng lượng điện, do đó được lưu trữ dưới dạng năng lượng hóa học trong pin.Năng lượng được lưu trữ trong các pin này sau đó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử.Sự chuyển tiếp năng lượng này từ thành phần này sang thành phần khác, ví dụ, từ tế bào quang điện đến pin, dẫn đến sự thất thoát năng lượng nhất định.Để tránh thất thoát năng lượng, đã có sự chuyển hướng sang khám phá việc sử dụng các thành phần cảm quang bên trong pin.Đã có tiến bộ đáng kể trong việc tích hợp các thành phần cảm quang trong pin dẫn đến sự hình thành các loại pin mặt trời nhỏ gọn hơn.
Dù được cải tiến về thiết kế nhưng pin năng lượng mặt trời hiện tại vẫn còn một số nhược điểm.Một số nhược điểm liên quan đến các loại pin mặt trời khác nhau bao gồm: giảm khả năng khai thác đủ năng lượng mặt trời, sử dụng chất điện phân hữu cơ có thể ăn mòn thành phần hữu cơ cảm quang bên trong pin và hình thành các sản phẩm phụ cản trở hiệu suất bền vững của pin trong lâu dài.
Trong nghiên cứu này, Amar Kumar quyết định khám phá các vật liệu cảm quang mới cũng có thể kết hợp lithium và chế tạo pin năng lượng mặt trời không bị rò rỉ và hoạt động hiệu quả trong điều kiện môi trường xung quanh.Pin năng lượng mặt trời có hai điện cực thường bao gồm thuốc nhuộm cảm quang ở một trong các điện cực được trộn vật lý với bộ phận ổn định giúp điều khiển dòng điện tử qua pin.Điện cực là hỗn hợp vật lý của hai vật liệu có những hạn chế trong việc sử dụng tối ưu diện tích bề mặt của điện cực.Để tránh điều này, các nhà nghiên cứu thuộc nhóm của TN Narayanan đã tạo ra cấu trúc dị thể của MoS2 cảm quang (molybdenum disulphide) và MoOx (molypden oxit) để hoạt động như một điện cực duy nhất.Là một cấu trúc dị thể trong đó MoS2 và MoOx được hợp nhất với nhau bằng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học, điện cực này cho phép có nhiều diện tích bề mặt hơn để hấp thụ năng lượng mặt trời.Khi các tia sáng chiếu vào điện cực, MoS2 cảm quang sẽ tạo ra các electron và đồng thời tạo ra các chỗ trống gọi là lỗ trống.MoOx giữ các electron và lỗ trống tách rời nhau, đồng thời chuyển các electron vào mạch pin.
Loại pin năng lượng mặt trời này được lắp ráp hoàn chỉnh từ đầu được cho là hoạt động tốt khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời mô phỏng.Thành phần của điện cực cấu trúc dị thể được sử dụng trong loại pin này cũng đã được nghiên cứu rộng rãi bằng kính hiển vi điện tử truyền qua.Các tác giả của nghiên cứu hiện đang nỗ lực tìm ra cơ chế mà MoS2 và MoOx hoạt động song song với cực dương lithium dẫn đến tạo ra dòng điện.Mặc dù pin mặt trời này đạt được sự tương tác cao hơn giữa vật liệu cảm quang với ánh sáng nhưng nó vẫn chưa đạt được mức dòng điện tối ưu để sạc đầy pin lithium ion.Với mục tiêu này, phòng thí nghiệm của TN Narayanan đang khám phá cách các điện cực có cấu trúc dị thể như vậy có thể mở đường cho việc giải quyết các thách thức của pin mặt trời ngày nay.
Thời gian đăng: May-11-2022