วิศวกรรมแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ยุคหน้า

แบตเตอรี่สำรอง เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จะต้องชาร์จใหม่เมื่อพลังงานที่เก็บไว้หมดลงเพื่อลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจวิธีที่ยั่งยืนในการชาร์จแบตเตอรี่สำรองเมื่อเร็ว ๆ นี้ Amar Kumar (นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากห้องปฏิบัติการของ TN Narayanan ใน TIFR Hyderabad) และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ประกอบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาดกะทัดรัดที่มีวัสดุไวต่อแสงซึ่งสามารถชาร์จใหม่ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ได้โดยตรง

ความพยายามในขั้นต้นในการจัดหาพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่โดยใช้เซลล์สุริยะและแบตเตอรี่เป็นหน่วยงานที่แยกจากกันพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกแปลงโดยเซลล์สุริยะให้เป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งจะถูกเก็บไว้เป็นพลังงานเคมีในแบตเตอรี่พลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่เหล่านี้จะถูกนำมาใช้เพื่อให้พลังงานแก่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การถ่ายทอดพลังงานจากส่วนประกอบหนึ่งไปยังอีกส่วนประกอบหนึ่ง เช่น จากเซลล์สุริยะไปยังแบตเตอรี่ ทำให้สูญเสียพลังงานบางส่วนเพื่อป้องกันการสูญเสียพลังงาน เราจึงเปลี่ยนไปสู่การสำรวจการใช้ส่วนประกอบที่ไวต่อแสงภายในตัวแบตเตอรี่มีความก้าวหน้าอย่างมากในการรวมส่วนประกอบที่ไวต่อแสงภายในแบตเตอรี่ ส่งผลให้แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์มีขนาดกะทัดรัดขึ้น

แม้ว่าการออกแบบจะดีขึ้น แต่แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ยังคงมีข้อเสียอยู่บ้างข้อเสียบางประการที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ประเภทต่างๆ ได้แก่ ความสามารถในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่เพียงพอ การใช้อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ที่อาจกัดกร่อนส่วนประกอบอินทรีย์ที่ไวต่อแสงภายในแบตเตอรี่ และการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ด้านข้างที่ขัดขวางประสิทธิภาพการทำงานที่ยั่งยืนของแบตเตอรี่ใน ในระยะยาว

ในการศึกษานี้ Amar Kumar ได้ตัดสินใจที่จะสำรวจวัสดุที่ไวต่อแสงชนิดใหม่ ซึ่งสามารถรวมลิเธียมและสร้างแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่จะป้องกันการรั่วซึมและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมโดยรอบแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอิเล็กโทรดสองอิเล็กโทรดมักจะรวมสีย้อมไวแสงไว้ในอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งที่ผสมทางกายภาพกับส่วนประกอบที่เสถียรซึ่งจะช่วยขับเคลื่อนการไหลของอิเล็กตรอนผ่านแบตเตอรี่อิเล็กโทรดซึ่งเป็นส่วนผสมทางกายภาพของวัสดุสองชนิดมีข้อจำกัดในการใช้พื้นที่ผิวของอิเล็กโทรดอย่างเหมาะสมที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ นักวิจัยจากกลุ่มของ TN Narayanan ได้สร้างโครงสร้าง heterostructure ของแสง MoS2 (โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์) และ MoOx (โมลิบดีนัมออกไซด์) เพื่อทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดเดี่ยวเนื่องจากเป็นโครงสร้าง heterostructure ที่ MoS2 และ MoOx ถูกหลอมรวมเข้าด้วยกันโดยเทคนิคการตกตะกอนของไอเคมี อิเล็กโทรดนี้จึงช่วยให้มีพื้นที่ผิวมากขึ้นในการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อรังสีของแสงกระทบกับอิเล็กโทรด MoS2 ที่ไวต่อแสงจะสร้างอิเล็กตรอนและสร้างช่องว่างที่เรียกว่ารูพร้อมกันMoOx แยกอิเล็กตรอนและรูออกจากกัน และถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังวงจรแบตเตอรี่

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์นี้ ซึ่งประกอบขึ้นใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้น พบว่าทำงานได้ดีเมื่อสัมผัสกับแสงสุริยะจำลององค์ประกอบของอิเล็กโทรดโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างที่ใช้ในแบตเตอรี่นี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเช่นกันผู้เขียนของการศึกษากำลังทำงานเพื่อค้นหากลไกที่ MoS2 และ MoOx ทำงานควบคู่กับลิเธียมแอโนดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าแม้ว่าแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์นี้จะบรรลุปฏิสัมพันธ์ที่สูงขึ้นของวัสดุที่ไวต่อแสงกับแสง แต่ก็ยังไม่สามารถสร้างกระแสไฟในระดับที่เหมาะสมที่สุดเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจนเต็มได้ด้วยเป้าหมายในใจนี้ ห้องปฏิบัติการของ TN Narayanan กำลังสำรวจว่าอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างไม่เท่ากันสามารถปูทางสำหรับจัดการกับความท้าทายของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันได้อย่างไร