Sekundärbatterien, wie Lithium-Ionen-Batterien, müssen wieder aufgeladen werden, wenn die gespeicherte Energie aufgebraucht ist.Um unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern, haben Wissenschaftler nachhaltige Wege zum Aufladen von Sekundärbatterien erforscht.Kürzlich haben Amar Kumar (Student im Labor von TN Narayanan in TIFR Hyderabad) und seine Kollegen eine kompakte Lithium-Ionen-Batterie mit lichtempfindlichen Materialien zusammengebaut, die direkt mit Sonnenenergie aufgeladen werden kann.
Anfängliche Bemühungen, Solarenergie zum Aufladen von Batterien zu kanalisieren, verwendeten die Verwendung von Photovoltaikzellen und Batterien als separate Einheiten.Sonnenenergie wird durch Photovoltaikzellen in elektrische Energie umgewandelt, die anschließend als chemische Energie in Batterien gespeichert wird.Die in diesen Batterien gespeicherte Energie wird dann verwendet, um die elektronischen Geräte mit Strom zu versorgen.Diese Energieübertragung von einer Komponente zur anderen, beispielsweise von der Photovoltaikzelle zur Batterie, führt zu einem gewissen Energieverlust.Um Energieverluste zu vermeiden, gab es eine Verlagerung hin zur Erforschung der Verwendung von lichtempfindlichen Komponenten innerhalb einer Batterie selbst.Bei der Integration lichtempfindlicher Komponenten in eine Batterie wurden erhebliche Fortschritte erzielt, was zur Bildung kompakterer Solarbatterien führte.
Obwohl im Design verbessert, haben existierende Solarbatterien immer noch einige Nachteile.Einige dieser Nachteile, die mit verschiedenen Arten von Solarbatterien verbunden sind, umfassen: verringerte Fähigkeit, genügend Sonnenenergie zu nutzen, Verwendung von organischen Elektrolyten, die die lichtempfindliche organische Komponente in einer Batterie korrodieren können, und Bildung von Nebenprodukten, die die anhaltende Leistung einer Batterie beeinträchtigen die langfristige.
In dieser Studie beschloss Amar Kumar, neue lichtempfindliche Materialien zu erforschen, die auch Lithium enthalten können, und eine Solarbatterie zu bauen, die auslaufsicher ist und unter Umgebungsbedingungen effizient arbeitet.Solarbatterien mit zwei Elektroden enthalten normalerweise einen lichtempfindlichen Farbstoff in einer der Elektroden, der physikalisch mit einer stabilisierenden Komponente gemischt ist, die hilft, den Elektronenfluss durch die Batterie anzutreiben.Eine Elektrode, die eine physikalische Mischung aus zwei Materialien ist, hat Beschränkungen hinsichtlich der optimalen Nutzung des Oberflächenbereichs der Elektrode.Um dies zu vermeiden, haben Forscher aus der Gruppe von TN Narayanan eine Heterostruktur aus lichtempfindlichem MoS2 (Molybdändisulfid) und MoOx (Molybdänoxid) geschaffen, die als einzelne Elektrode fungiert.Da es sich um eine Heterostruktur handelt, bei der MoS2 und MoOx durch eine chemische Gasphasenabscheidungstechnik miteinander verschmolzen wurden, ermöglicht diese Elektrode eine größere Oberfläche zum Absorbieren von Sonnenenergie.Wenn Lichtstrahlen auf die Elektrode treffen, erzeugt das lichtempfindliche MoS2 Elektronen und erzeugt gleichzeitig Leerstellen, sogenannte Löcher.MoOx hält die Elektronen und Löcher auseinander und überträgt die Elektronen auf den Batteriekreislauf.
Es wurde festgestellt, dass diese Solarbatterie, die von Grund auf neu zusammengesetzt wurde, gut funktioniert, wenn sie simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt wird.Die Zusammensetzung der in dieser Batterie verwendeten Heterostruktur-Elektrode wurde ebenfalls ausgiebig mit einem Transmissionselektronenmikroskop untersucht.Die Autoren der Studie arbeiten derzeit daran, den Mechanismus aufzudecken, durch den MoS2 und MoOx zusammen mit der Lithiumanode zur Stromerzeugung führen.Während diese Solarbatterie eine stärkere Wechselwirkung von lichtempfindlichem Material mit Licht erreicht, muss sie noch die Erzeugung optimaler Stromstärken erreichen, um eine Lithium-Ionen-Batterie vollständig aufzuladen.Mit diesem Ziel vor Augen untersucht das Labor von TN Narayanan, wie solche heterostrukturierten Elektroden den Weg ebnen können, um die Herausforderungen heutiger Solarbatterien anzugehen.
Postzeit: 11. Mai 2022