Les batteries secondaires, telles que les batteries lithium-ion, doivent être rechargées une fois l'énergie stockée épuisée.Dans le but de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, les scientifiques ont exploré des moyens durables de recharger les batteries secondaires.Récemment, Amar Kumar (étudiant diplômé au laboratoire de TN Narayanan à TIFR Hyderabad) et ses collègues ont assemblé une batterie lithium-ion compacte avec des matériaux photosensibles qui peuvent être directement rechargés à l'énergie solaire.
Les efforts initiaux pour canaliser l'énergie solaire pour recharger les batteries ont utilisé l'utilisation de cellules photovoltaïques et de batteries en tant qu'entités distinctes.L'énergie solaire est convertie par les cellules photovoltaïques en énergie électrique qui est par conséquent stockée sous forme d'énergie chimique dans des batteries.L'énergie stockée dans ces batteries est ensuite utilisée pour alimenter les appareils électroniques.Ce relais d'énergie d'un composant à l'autre, par exemple de la cellule photovoltaïque à la batterie, entraîne une certaine perte d'énergie.Pour éviter les pertes d'énergie, il y a eu une évolution vers l'exploration de l'utilisation de composants photosensibles à l'intérieur d'une batterie elle-même.Il y a eu des progrès substantiels dans l'intégration de composants photosensibles dans une batterie, ce qui a abouti à la formation de batteries solaires plus compactes.
Bien que de conception améliorée, les batteries solaires existantes présentent encore certains inconvénients.Quelques-uns de ces inconvénients associés à divers types de batteries solaires comprennent : une capacité réduite à exploiter suffisamment d'énergie solaire, l'utilisation d'électrolyte organique qui peut corroder le composant organique photosensible à l'intérieur d'une batterie et la formation de produits secondaires qui entravent les performances soutenues d'une batterie dans le long terme.
Dans cette étude, Amar Kumar a décidé d'explorer de nouveaux matériaux photosensibles qui peuvent également incorporer du lithium et de construire une batterie solaire qui serait étanche et fonctionnerait efficacement dans des conditions ambiantes.Les batteries solaires qui ont deux électrodes comprennent généralement un colorant photosensible dans l'une des électrodes physiquement mélangé avec un composant stabilisant qui aide à conduire le flux d'électrons à travers la batterie.Une électrode qui est un mélange physique de deux matériaux présente des limitations quant à l'utilisation optimale de la surface de l'électrode.Pour éviter cela, les chercheurs du groupe de TN Narayanan ont créé une hétérostructure photosensible de MoS2 (disulfure de molybdène) et de MoOx (oxyde de molybdène) pour fonctionner comme une seule électrode.Étant une hétérostructure dans laquelle le MoS2 et le MoOx ont été fusionnés par une technique de dépôt chimique en phase vapeur, cette électrode permet à plus de surface d'absorber l'énergie solaire.Lorsque les rayons lumineux frappent l'électrode, le MoS2 photosensible génère des électrons et crée simultanément des lacunes appelées trous.MoOx sépare les électrons et les trous et transfère les électrons au circuit de la batterie.
Cette batterie solaire, qui a été entièrement assemblée à partir de zéro, s'est avérée fonctionner correctement lorsqu'elle est exposée à une lumière solaire simulée.La composition de l'électrode à hétérostructure utilisée dans cette batterie a également été largement étudiée au microscope électronique à transmission.Les auteurs de l'étude travaillent actuellement à découvrir le mécanisme par lequel MoS2 et MoOx fonctionnent en tandem avec l'anode au lithium, ce qui entraîne la génération de courant.Bien que cette batterie solaire réalise une interaction plus élevée du matériau photosensible avec la lumière, elle n'a pas encore atteint la génération de niveaux de courant optimaux pour recharger complètement une batterie lithium-ion.Avec cet objectif à l'esprit, le laboratoire de TN Narayanan explore comment de telles électrodes à hétérostructure peuvent ouvrir la voie pour relever les défis des batteries solaires actuelles.
Heure de publication : 11 mai 2022