Последние несколько лет ученые пытались создать более эффективные солнечные технологии и более устойчивые конструкции батарей. Среди новых решений в области устойчивой энергетики – солнечные батареи – системы, которые могут накапливать энергию, собранную солнечными элементами, или фотоэлектрические (PV) системы.
Специалисты недавно представили новую устойчивую интегрированную конструкцию солнечной батареи на основе материалов, распространенных на Земле. Их конструкция, представленная в статье, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science, основана на бифункциональном фотоаноде из нитрида углерода (K-PHI), который может как поглощать свет, так и накапливать электрический заряд.
«Область исследований солнечных батарей все еще молода и поэтому очень разнообразна по концепциям и идеям с разными уровнями интеграции»,заявил в комментарии Tech Xplore один из исследователей Андреас Гоудер.
По его словам, интеграция означает, что две функции — преобразование световой энергии и накопление энергии — встроены в одно устройство. Это можно сделать с помощью разных подходов, например, путем добавления фотоактивного электрода в батарею или — как это сделано в этом исследовании — с помощью бифункциональный электродный материал. Однако интеграция может также повлиять на перенос заряда.
Когда батареи заряжаются с помощью света, один из фотогенерированных носителей заряда должен быть перенесен с фотоактивного электрода на другой «противоэлектрод». В большинстве ранее разработанных солнечных батарей, в основе которых лежат твердые электроды, этот процесс происходит через внешний провод.
Ученые решили создать аккумулятор, в котором этот процесс происходит внутри. Для этого они внедрили многофункциональный сепаратор, который разделяет два электрода внутри батареи.
Разработка экспериментального устройства с помощью этого нового, более интегрированного механизма, вдохновила на эту работу, наряду с использованием модификация нитрида углерода в качестве фотоанодов. Пригодность K-PHI в качестве анода солнечной батареи была впервые исследована в 2018 году и впоследствии запатентована в 2019 году.
Батарея, созданная инженерами, состоит из двух электродов (анода и катода) и разделителя между ними. Поглощение света осуществляется анодом, изготовленным из K-PHI. Фотогенерированные электроны накапливаются непосредственно в K-PHI, а фотогенерированные дырки переносятся на катод, изготовленный из органического проводящего полимера PEDOT:PSS.
Практически во всех других сопоставимых устройствах с закрытыми солнечными батареями это делается через внешний провод. Здесь механизм передачи происходит внутри, является уникальным и ректифицированным и осуществляется дырочным транспортирующим слоем (органический проводящий полимер F8BT).
Новая солнечная батарея была протестирована. Ученые пришли к выводу, что она показала многообещающие результаты. Солнечный свет может способствовать зарядке солнечной батареи или процессу зарядки. Исследователи обнаружили, что их решение, примененное к процессам зарядки и разрядки, увеличило извлекаемую энергию на 94,1% по сравнению с обычной солнечной батареей.
Интегрированная конструкция солнечной батареи, предложенная этой группой исследователей, может вскоре вдохновить другие команды на создание аналогичных устойчивых батарей на основе фотоанодов из нитрида углерода или с использованием сепараторов. Ученые планируют и дальше совершенствовать свою технологию и повышать ее энергоэффективность.
Хотя эффективность фотозарядки сравнима с аналогичными устройствами на основе солнечных батарей на основе фотоанодов, она все же уступает классическим системам с двумя устройствами (солнечным элементом, подключенным к батарее). Следовательно, внедрение в классический парк солнечной энергии требует увеличения фототока, чтобы стать конкурентоспособным с современными солнечными элементами.
Другие области применения также кажутся возможными, например, полупрозрачный характер устройства может позволить использовать устройство в местах, где нельзя применять традиционные солнечные элементы, например, окна. К тому же хранение заряда происходит непосредственно на устройстве, а это значит, что оно не требует инфраструктуры для хранения заряда и может работать децентрализованно, например, в различных микроустройствах, резюмировали ученые.
Ранее футуролог Реймонд Курцвейл предсказал человеческое бессмертие и слияние с ИИ к 2030 году.