Le batterie secondarie, come le batterie agli ioni di litio, devono essere ricaricate una volta esaurita l'energia immagazzinata.Nel tentativo di ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili, gli scienziati hanno esplorato modi sostenibili per ricaricare le batterie secondarie.Di recente, Amar Kumar (studente laureato presso il laboratorio di TN Narayanan a TIFR Hyderabad) e i suoi colleghi hanno assemblato una batteria compatta agli ioni di litio con materiali fotosensibili che possono essere ricaricati direttamente con l'energia solare.
Gli sforzi iniziali per incanalare l'energia solare per ricaricare le batterie hanno impiegato l'uso di celle fotovoltaiche e batterie come entità separate.L'energia solare viene convertita dalle celle fotovoltaiche in energia elettrica che viene di conseguenza immagazzinata come energia chimica nelle batterie.L'energia immagazzinata in queste batterie viene quindi utilizzata per alimentare i dispositivi elettronici.Questo relè di energia da un componente all'altro, ad esempio dalla cella fotovoltaica alla batteria, porta ad una certa perdita di energia.Per prevenire la perdita di energia, c'è stato uno spostamento verso l'esplorazione dell'uso di componenti fotosensibili all'interno di una batteria stessa.Sono stati compiuti progressi sostanziali nell'integrazione di componenti fotosensibili all'interno di una batteria con conseguente formazione di batterie solari più compatte.
Sebbene migliorate nel design, le batterie solari esistenti presentano ancora alcuni inconvenienti.Alcuni di questi svantaggi associati a vari tipi di batterie solari includono: ridotta capacità di sfruttare una quantità sufficiente di energia solare, uso di elettrolita organico che può corrodere il componente organico fotosensibile all'interno di una batteria e formazione di prodotti collaterali che ostacolano le prestazioni sostenute di una batteria in il lungo termine.
In questo studio, Amar Kumar ha deciso di esplorare nuovi materiali fotosensibili che possono anche incorporare il litio e costruire una batteria solare a prova di perdite e funzionare in modo efficiente in condizioni ambientali.Le batterie solari che hanno due elettrodi di solito includono un colorante fotosensibile in uno degli elettrodi mescolato fisicamente con un componente stabilizzante che aiuta a guidare il flusso di elettroni attraverso la batteria.Un elettrodo che è una miscela fisica di due materiali presenta limitazioni sull'utilizzo ottimale della superficie dell'elettrodo.Per evitare ciò, i ricercatori del gruppo di TN Narayanan hanno creato un'eterostruttura di MoS2 fotosensibile (bisolfuro di molibdeno) e MoOx (ossido di molibdeno) per funzionare come un singolo elettrodo.Essendo un'eterostruttura in cui MoS2 e MoOx sono stati fusi insieme mediante una tecnica di deposizione chimica da vapore, questo elettrodo consente a una maggiore superficie di assorbire l'energia solare.Quando i raggi luminosi colpiscono l'elettrodo, il MoS2 fotosensibile genera elettroni e crea contemporaneamente posti liberi chiamati buchi.MoOx tiene separati gli elettroni e le lacune e trasferisce gli elettroni al circuito della batteria.
Questa batteria solare, che è stata completamente assemblata da zero, è risultata funzionare bene se esposta alla luce solare simulata.La composizione dell'elettrodo eterostruttura utilizzato in questa batteria è stata ampiamente studiata anche con il microscopio elettronico a trasmissione.Gli autori dello studio stanno attualmente lavorando per portare alla luce il meccanismo mediante il quale MoS2 e MoOx lavorano in tandem con l'anodo di litio con conseguente generazione di corrente.Sebbene questa batteria solare ottenga una maggiore interazione del materiale fotosensibile con la luce, deve ancora raggiungere la generazione di livelli ottimali di corrente per ricaricare completamente una batteria agli ioni di litio.Con questo obiettivo in mente, il laboratorio di TN Narayanan sta esplorando come tali elettrodi di eterostruttura possano aprire la strada per affrontare le sfide delle attuali batterie solari.
Tempo di pubblicazione: maggio-11-2022