Очень часто устройство, призванное вырабатывать электричество за счёт света называют «солнечной батареей». Но, на самом деле, это не совсем правильно. Дело в том, что фотоэлектрические панели, которые устанавливают на столбах или крышах зданий, лишь преобразуют солнечное излучение в электроэнергию, которая либо напрямую питает различные приборы, либо накапливается в отдельном аккумуляторе (батарее).
Основная проблема существующих сегодня устройств состоит в том, что по пути от одного элемента цепи к другому теряется около 20% электронов, что заметно снижает эффективность фотопреобразователя.
Теперь же учёные из университета Огайо (OSU) сумели объединить обе части стандартного устройства в одном корпусе, сделав, таким образом, первую в мире настоящую солнечную батарею. При этом им удалось повысить эффективность передачи энергии почти до 100% и снизить стоимость её получения на 25%.
В основе устройства лежит сетка из тончайших титановых нитей, покрытых наноразмерными столбиками двуокиси титана. Ячейки сетки с боковой стороной всего в 200 микрометров позволяют воздуху проникать внутрь батареи и участвовать в переносе энергии.
Обычно для подключения фотоэлемента к аккумулятору используются четыре электрода, но создатели новой системы ограничились тремя: титановая сетка, под ней тонкий лист пористого углерода и литиевая пластина. Между всеми тремя слоями располагается прокладка из электролита, для переноса электронов в обоих направлениях.
Процесс зарядки и разрядки происходит следующим образом. Стержни диоксида титана под воздействием света создают электроны. Внутри батареи эти электроны участвуют в разложении пероксида лития на ионы лития и кислород. При этом кислород выделяется наружу и смешивается с воздухом, ионы захватывают электроны и хранятся внутри устройства в виде металлического лития. По мере разрядки аккумулятор потребляет кислород из внешней среды, чтобы снова сформировать пероксид лития.
«По сути, это дышащая батарея, — говорит руководитель исследования Юйин У (Yiying Wu) в пресс-релизе. — Она дышит воздухом и в процессе зарядки, и при разрядке».
Помимо необычной структуры устройства, учёные использовали в электролите специальную иодидную добавку, которая позволяет более эффективно переносить электроны.
Так как созданная ячейка является чувствительной к красителям, в процессе тестирования исследователи проверяли влияние различных красных красителей на повышение эффективности поглощения света. Оказалось, что лучшие результаты показывает распространённый железный минерал гематит, представляющий собой стабильную форму обыкновенной ржавчины. Такое покрытие долго сохраняет необходимый цвет и обеспечивает высокие результаты работы аккумулятора (сопоставимые с теми, что демонстрируют современные коммерческие батареи).
Работа У и его коллег вызвала большой интерес не только среди учёных, исследователи получили финансирование от Министерства энергетики США (DOE).
Подробные результаты опубликованы в издании Nature Communications.
Очень часто устройство, призванное вырабатывать электричество за счёт света называют «солнечной батареей». Но, на самом деле, это не совсем правильно. Дело в том, что фотоэлектрические панели, которые устанавливают на столбах или крышах зданий, лишь преобразуют солнечное излучение в электроэнергию, которая либо напрямую питает различные приборы, либо накапливается в отдельном аккумуляторе (батарее).
Загрузка ...
