بطارية ليثيوم أيون مدمجة بمواد حساسة للضوء يمكن إعادة شحنها مباشرة بالطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية لإعادة شحن البطاريات 

استخدمت الجهود الأولية لتوجيه الطاقة الشمسية لإعادة شحن البطاريات استخدام الخلايا الكهروضوئية والبطاريات كوحدات منفصلة، حيث يتم تحويل الطاقة الشمسية بواسطة الخلايا الكهروضوئية إلى طاقة كهربائية يتم تخزينها بالتالي كطاقة كيميائية في البطاريات، ثم يتم استخدام الطاقة المخزنة في هذه البطاريات لتشغيل الأجهزة الإلكترونية، ويؤدي هذا التتابع للطاقة من مكون إلى آخر، على سبيل المثال، من الخلية الكهروضوئية إلى البطارية، إلى فقدان بعض الطاقة، ولمنع فقدان الطاقة، كان هناك تحول نحو استكشاف استخدام المكونات الحساسة للضوء داخل البطارية نفسها، وتم إحراز تقدم كبير في دمج المكونات الحساسة للضوء داخل البطارية مما أدى إلى تكوين بطاريات شمسية أكثر إحكاماً.

عيوب البطاريات الشمسية

وعلى الرغم من تحسن التصميم، لا تزال البطاريات الشمسية الحالية بها بعض العيوب، وتتضمن بعض هذه العيوب المرتبطة بأنواع مختلفة من البطاريات الشمسية ما يلي: انخفاض القدرة على تسخير ما يكفي من الطاقة الشمسية، واستخدام الإلكتروليت العضوي الذي قد يؤدي إلى تآكل المكون العضوي الحساس للضوء داخل البطارية، وتشكيل المنتجات الجانبية التي تعيق الأداء المستدام للبطارية على المدى الطويل.

المواد الحساسة للضوء

وفي هذه الدراسة، قرر عمار كومار استكشاف مواد جديدة حساسة للضوء والتي يمكنها أيضاً دمج الليثيوم وبناء بطارية شمسية من شأنها أن تكون مانعة للتسرب وتعمل بكفاءة في الظروف المحيطة، وعادةً ما تشتمل البطاريات الشمسية التي تحتوي على قطبين كهربائيين على صبغة حساسة للضوء في أحد الأقطاب الكهربائية الممزوجة مادياً بمكون استقرار يساعد في دفع تدفق الإلكترونات عبر البطارية، والقطب الذي هو خليط مادي من مادتين له قيود على الاستخدام الأمثل لمساحة سطح القطب، ولتجنب ذلك، ابتكر الباحثون، ونظراً لكونه بنية غير متجانسة حيث تم دمج MoS و MoOx معاً بواسطة تقنية ترسيب البخار الكيميائي، فإن هذا القطب يسمح بمساحة أكبر لامتصاص الطاقة الشمسية.

وعندما تضرب أشعة الضوء القطب، يولد MoS2 الحساس للضوء إلكترونات ويخلق في نفس الوقت شواغر تسمى الثقوب، حيث أن MoOx يحافظ على الإلكترونات والثقوب بعيداً، وينقل الإلكترونات إلى دائرة البطارية.

بطارية تعمل عند تعرضها لضوء الشمس

تم اكتشاف أن هذه البطارية الشمسية، التي تم تجميعها بالكامل من الصفر، تعمل بشكل جيد عند تعرضها لضوء الشمس المحاكي، حيث تمت دراسة تركيبة القطب غير المتجانسة المستخدم في هذه البطارية على نطاق واسع باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ أيضاً، ويعمل مؤلفو الدراسة حالياً على اكتشاف الآلية التي يعمل بها MoS2 و MoOx جنباً إلى جنب مع أنود الليثيوم مما يؤدي إلى توليد التيار، وبينما تحقق هذه البطارية الشمسية تفاعلاً أعلى للمواد الحساسة للضوء مع الضوء، إلا أنها لم تحقق بعد مستويات مثالية من التيار لإعادة شحن بطارية ليثيوم أيون بالكامل. ومع وضع هذا الهدف في الاعتبار، يستكشف مختبر نارايانان كيف يمكن لمثل هذه الأقطاب الكهربائية غير المتجانسة أن تمهد الطريق لمواجهة تحديات البطاريات الشمسية الحالية.