Et foto-genopladeligt blyfrit perovskite lithium-ion batteri, der genererer og lagrer energi

Et team af forskere fra Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) har udviklet en billig, letvægts, og ikke-giftigt (blyfrit) fotobatteri, der har to funktioner til at høste solenergi og lagre energi på en enkelt enhed, gør det muligt at oplade et batteri under solen, uden at skulle tilslutte enheden til væggen.

Den stigende efterspørgsel efter bæredygtige energikilder har drevet en bølge af interesse for solenergi og udvikling af lagringsenheder til det. En sådan enhed, fotobatteriet, er i stand til både at generere og lagre energi i en enkelt enhedsarkitektur. I teorien, dette design bør tillade øget energilagringseffektivitet og energitæthed, mens de ohmske tab reduceres, at lempe emballagekravene og dermed reducere vægten, hovedparten, og omkostningerne ved systemet. I virkeligheden, imidlertid, den dårlige grænseflade mellem materialer har en tendens til at skabe problemer med ladningstransport, reducerer effektiviteten betydeligt sammenlignet med det simple system af en solcelle, der er forbundet til et eksternt batteri.

Et team ledet af prof. Jonathan Eugene HALPERT, Adjunkt fra Institut for Kemi ved HKUST, har gjort fremskridt hen imod at udvikle mere effektive fotobatterier ved at udvide anvendeligheden af ​​en klasse af materialer kendt som perovskit, som har haft anvendelser i solceller og senest i batterier. Perovskithalogenidet, som holdet udviklede, fungerer som en fotoelektrode, der kan høste energi under belysning uden hjælp fra en ekstern belastning i et lithium-ion-batteri, og står i skarp kontrast til dens eksisterende modstykke, fordi den ikke indeholder bly, derfor har den højere stabilitet i luften og er fri for bekymringer om blyforgiftning. For deres forskning, holdet har erstattet bly med vismut (Bi), et ikke-giftigt element, og danner et stærkt lysabsorberende krystallinsk materiale.

Lithium-ion-batteriet virker ved at tillade elektroner at bevæge sig fra en højenergitilstand til en lavere, mens du udfører arbejde i et eksternt kredsløb. Fotobatteriet har en mekanisme, der ligner et almindeligt batteri, bortset fra at det ikke behøver at blive forsynet med strøm eller sat i væggen for at blive opladet elektrisk, men kan oplades fotoelektrisk under solen. Det aktive materiale i dette nye batteri er den blyfri perovskit, som, når det stilles under lys, absorberer en foton og genererer et par ladninger, kendt som en elektron og et hul. Holdet udførte krono-amperometri eksperimenter under lys og mørke for at analysere stigningen i ladestrøm forårsaget af lyset, og registrerede en fotokonverteringseffektivitet på 0,428 % ved fotoopladning af batteriet efter den første afladning. Teamets næste trin er at eksperimentere med forskellige materialer for bedre ydeevne og effektivitet, så fotobatteriet kan kommercialiseres på markedet.

"På nuværende tidspunkt vi tilslutter alle vores apparater til væggen for at oplade dem. Med yderligere udvikling inden for dette felt af fotobatterier, vi behøver måske slet ikke tilslutte dem i fremtiden, " sagde Prof. Halpert. "Vi kan muligvis høste solenergi og bruge den til at opfylde strømkravene til enhver enhed med beskedne strømbehov. Vores arbejde er et af de første skridt, der er taget på dette område, og, selvfølgelig, en masse forbedringer vil være nødvendige for at opnå bedre ydeevne, men vi er overbeviste om, at vi kan forbedre dens stabilitet og gennemsnitlige effektivitet med yderligere forfining."

Dette fotobatteri kan fungere som det indbyggede batteri til enheder som smartphones eller tablets, og endda fjernenergilagringsapplikationer, hvilket kan gøres nemt med disse fotobatterier, for de er lette og bærbare. Det skulle også hjælpe med at sænke produktionsomkostningerne sammenlignet med et system bestående af en solcelle plus et eksternt batteri, da kun batteridelen er påkrævet.

Denne undersøgelse blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nano bogstaver .