Sekundära batterier, som litiumjonbatterier, måste laddas när den lagrade energin är slut.I ett försök att minska vårt beroende av fossila bränslen har forskare undersökt hållbara sätt att ladda sekundära batterier.Nyligen har Amar Kumar (doktorand vid TN Narayanans labb i TIFR Hyderabad) och hans kollegor satt ihop ett kompakt litiumjonbatteri med ljuskänsliga material som direkt kan laddas med solenergi.
De första ansträngningarna att kanalisera solenergi för att ladda batterier använde användningen av solceller och batterier som separata enheter.Solenergi omvandlas av fotovoltaiska celler till elektrisk energi som följaktligen lagras som kemisk energi i batterier.Energin som lagras i dessa batterier används sedan för att driva de elektroniska enheterna.Denna relä av energi från en komponent till den andra, till exempel från solcellscellen till batteriet, leder till viss energiförlust.För att förhindra energiförlust skedde en förändring mot att utforska användningen av ljuskänsliga komponenter inuti själva batteriet.Det har gjorts betydande framsteg när det gäller att integrera fotokänsliga komponenter i ett batteri, vilket resulterat i bildandet av mer kompakta solbatterier.
Även om de har förbättrats i design, har befintliga solbatterier fortfarande vissa nackdelar.Några av dessa nackdelar som är förknippade med olika typer av solcellsbatterier inkluderar: minskad förmåga att utnyttja tillräckligt med solenergi, användning av organisk elektrolyt som kan korrodera den ljuskänsliga organiska komponenten inuti ett batteri, och bildning av biprodukter som hindrar batteriets uthålliga prestanda i på lång sikt.
I den här studien bestämde sig Amar Kumar för att utforska nya ljuskänsliga material som också kan innehålla litium och bygga ett solbatteri som skulle vara läcksäkert och fungera effektivt under omgivande förhållanden.Solbatterier som har två elektroder innehåller vanligtvis ett ljuskänsligt färgämne i en av elektroderna fysiskt blandat med en stabiliserande komponent som hjälper till att driva flödet av elektroner genom batteriet.En elektrod som är en fysisk blandning av två material har begränsningar för optimal användning av elektrodens yta.För att undvika detta skapade forskare från TN Narayanans grupp en heterostruktur av ljuskänslig MoS2 (molybdendisulfid) och MoOx (molybdenoxid) för att fungera som en enda elektrod.Eftersom den är en heterostruktur där MoS2 och MoOx har smälts samman genom en kemisk ångavsättningsteknik, tillåter denna elektrod mer yta för att absorbera solenergi.När ljusstrålar träffar elektroden genererar den ljuskänsliga MoS2 elektroner och skapar samtidigt vakanser som kallas hål.MoOx håller isär elektronerna och hålen och överför elektronerna till batterikretsen.
Detta solbatteri, som var helt monterat från grunden, visade sig fungera bra när det exponerades för simulerat solljus.Sammansättningen av heterostrukturelektroden som används i detta batteri har också studerats omfattande med transmissionselektronmikroskop.Författarna till studien arbetar för närvarande med att avslöja mekanismen genom vilken MoS2 och MoOx fungerar tillsammans med litiumanod vilket resulterar i generering av ström.Även om detta solbatteri uppnår en högre interaktion mellan ljuskänsligt material och ljus, har det ännu inte uppnått optimala strömnivåer för att ladda ett litiumjonbatteri helt.Med detta mål i åtanke undersöker TN Narayanans labb hur sådana heterostrukturelektroder kan bana väg för att möta utmaningarna med dagens solbatterier.
Posttid: 11 maj 2022