Вторичные батареи, такие как ионно-литиевые батареи, необходимо перезаряжать после того, как накопленная энергия израсходована.Стремясь уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива, ученые изучают устойчивые способы перезарядки вторичных батарей.Недавно Амар Кумар (аспирант лаборатории Т. Н. Нараянана в TIFR Хайдарабаде) и его коллеги собрали компактную ионно-литиевую батарею из светочувствительных материалов, которую можно напрямую заряжать солнечной энергией.
Первоначальные попытки направить солнечную энергию для перезарядки батарей использовали фотоэлектрические элементы и батареи как отдельные элементы.Солнечная энергия преобразуется фотогальваническими элементами в электрическую энергию, которая затем сохраняется в виде химической энергии в батареях.Энергия, хранящаяся в этих батареях, затем используется для питания электронных устройств.Эта передача энергии от одного компонента к другому, например, от фотогальванического элемента к батарее, приводит к некоторой потере энергии.Чтобы предотвратить потерю энергии, произошел сдвиг в сторону изучения использования светочувствительных компонентов внутри самой батареи.Был достигнут значительный прогресс в интеграции фоточувствительных компонентов в батарею, что привело к созданию более компактных солнечных батарей.
Несмотря на улучшенную 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 вызвать коррозию светочувствительного органического компонента внутри батареи, и образование побочных продуктов, которые препятствуют устойчивой работе батареи в долгосрочная перспектива.
В этом исследовании Амар Кумар решил изучить новые светочувствительные материалы, которые также могут включать литий, и создать солнечную батарею, которая была бы герметичной и эффективно работала в условиях окружающей среды.Солнечные батареи с двумя электродами обычно содержат фоточувствительный краситель в одном из электродов, физически смешанный со стабилизирующим компонентом, который помогает управлять потоком электронов через батарею.Электрод, представляющий 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 они функционировали как единый электрод.Будучи гетероструктурой, в которой MoS2 и MoOx были сплавлены вместе с помощью метода химического осаждения из паровой фазы, этот электрод обеспечивает большую площадь поверхности для поглощения солнечной энергии.Когда лучи света попадают на электрод, светочувствительный MoS2 генерирует электроны и одновременно создает вакансии, называемые дырками.MoOx разделяет электроны и дырки и передает 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, что приводит к генерации тока.Хотя эта солнечная батарея обеспечивает более высокое взаимодействие светочувствительного материала со светом, она еще не достигла оптимального уровня тока для полной перезарядки ионно-литиевой 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.