Secundaire batterijen, zoals lithium-ionbatterijen, moeten worden opgeladen zodra de opgeslagen energie is opgebruikt.Om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen, hebben wetenschappers duurzame manieren onderzocht om secundaire batterijen op te laden.Onlangs hebben Amar Kumar (afgestudeerde student aan het laboratorium van TN Narayanan in TIFR Hyderabad) en zijn collega's een compacte lithium-ionbatterij samengesteld met lichtgevoelige materialen die direct kunnen worden opgeladen met zonne-energie.
Bij de eerste pogingen om zonne-energie te kanaliseren om batterijen op te laden, werden fotovoltaïsche cellen en batterijen als afzonderlijke entiteiten gebruikt.Zonne-energie wordt door fotovoltaïsche cellen omgezet in elektrische energie die vervolgens als chemische energie wordt opgeslagen in batterijen.De energie die in deze batterijen is opgeslagen, wordt vervolgens gebruikt om de elektronische apparaten van stroom te voorzien.Deze overdracht van energie van de ene component naar de andere, bijvoorbeeld van de fotovoltaïsche cel naar de batterij, leidt tot enig energieverlies.Om energieverlies te voorkomen, was er een verschuiving naar het verkennen van het gebruik van lichtgevoelige componenten in een batterij zelf.Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het integreren van lichtgevoelige componenten in een batterij, wat heeft geleid tot de vorming van compactere zonnebatterijen.
Hoewel het ontwerp is verbeterd, hebben bestaande zonnebatterijen nog steeds enkele nadelen.Een paar van deze nadelen die samenhangen met verschillende soorten zonnebatterijen zijn: verminderd vermogen om voldoende zonne-energie te benutten, gebruik van organische elektrolyt die de lichtgevoelige organische component in een batterij kan aantasten, en vorming van nevenproducten die de duurzame prestaties van een batterij in de de lange termijn.
In deze studie besloot Amar Kumar nieuwe lichtgevoelige materialen te onderzoeken die ook lithium kunnen bevatten en een zonnebatterij te bouwen die lekvrij zou zijn en efficiënt zou werken in omgevingsomstandigheden.Zonnebatterijen die twee elektroden hebben, bevatten meestal een lichtgevoelige kleurstof in een van de elektroden, fysiek gemengd met een stabiliserende component die de stroom van elektronen door de batterij helpt stimuleren.Een elektrode die een fysiek mengsel van twee materialen is, heeft beperkingen wat betreft optimaal gebruik van het oppervlak van de elektrode.Om dit te voorkomen, creëerden onderzoekers van de groep van TN Narayanan een heterostructuur van lichtgevoelige MoS2 (molybdeendisulfide) en MoOx (molybdeenoxide) om als een enkele elektrode te functioneren.Omdat het een heterostructuur is waarin de MoS2 en MoOx zijn samengesmolten door een chemische dampafzettingstechniek, zorgt deze elektrode voor meer oppervlakte om zonne-energie te absorberen.Wanneer lichtstralen de elektrode raken, genereert de lichtgevoelige MoS2 elektronen en creëert tegelijkertijd vacatures die gaten worden genoemd.MoOx houdt de elektronen en gaten uit elkaar en brengt de elektronen over naar het batterijcircuit.
Deze zonnebatterij, die helemaal opnieuw was samengesteld, bleek goed te werken bij blootstelling aan gesimuleerd zonlicht.De samenstelling van de heterostructuur-elektrode die in deze batterij wordt gebruikt, is ook uitgebreid bestudeerd met een transmissie-elektronenmicroscoop.De auteurs van de studie werken momenteel aan het blootleggen van het mechanisme waarmee MoS2 en MoOx samenwerken met lithiumanode, wat resulteert in het genereren van stroom.Hoewel deze zonnebatterij een hogere interactie van lichtgevoelig materiaal met licht bereikt, moet hij nog optimale stroomniveaus genereren om een lithium-ionbatterij volledig op te laden.Met dit doel voor ogen onderzoekt het laboratorium van TN Narayanan hoe dergelijke heterostructuur-elektroden de weg kunnen banen voor het aanpakken van de uitdagingen van hedendaagse zonnebatterijen.
Posttijd: 11 mei-2022