Le celle solari ispirano il Li

Jun 26, 2023

Dialogo dell'8 maggio 2023

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di Shubham Chamola e Shahab Ahmad, Tech Xplore

L’energia solare è in prima linea nel passaggio globale verso la produzione di fonti energetiche sostenibili e la lotta alla povertà energetica. Tuttavia, la natura intermittente dell’energia solare ne limita l’uso per applicazioni come dispositivi IoT, telerilevamento in tempo reale e alimentazione off-grid. Convenzionalmente le batterie sono alimentate da celle solari per immagazzinare l'energia per un uso successivo. Tuttavia, la combinazione fisica di queste due tecnologie richiede un imballaggio separato di entrambi i sistemi, è complessa da installare e richiede più elettrodi, il che aumenta il costo e le perdite ohmiche nel dispositivo.

Inoltre, questi pannelli fotovoltaici e batterie fisicamente connessi utilizzano diversi tipi di materiali energetici per ottenere sia la raccolta che lo stoccaggio dell’energia, il che rende ingombrante il sistema complessivo. Di conseguenza, questi problemi limitano le applicazioni.

In questo contesto, le batterie fotoricaricabili (PRB) dimostrate possono fornire una soluzione promettente per superare le limitazioni associate all’integrazione fisica di fotovoltaici e batterie. Un PRB può eseguire la raccolta e lo stoccaggio dell’energia solare simultaneamente in un unico dispositivo utilizzando nanomateriali avanzati, che possono eseguire la raccolta e lo stoccaggio dell’energia in modo efficiente. Questa tecnologia all’avanguardia promette di essere leggera ed efficiente rispetto alla combinazione convenzionale esistente di fotovoltaico e batterie.

Nel loro studio pubblicato su Advanced Sustainable Systems, i ricercatori dell’Advanced Energy Materials Lab, Dipartimento di Fisica dell’Indian Institute of Technology Jodhpur, hanno dimostrato che i nanotubi di ossido di ferro (noto anche come ematite) possono funzionare come materiale attivo per formare nanotubi efficienti e a basso consumo. fotocatodi economici per applicazioni PRB. L'elevata capacità specifica teorica (1006 mAh g-1), l'abbondanza della terra, la non tossicità, il rispetto dell'ambiente e le basse tecniche di lavorazione rendono la fase alfa dell'ossido di ferro un materiale anodico attraente per le batterie agli ioni di litio.

I nanotubi di ossido di ferro hanno dimostrato la capacità di raccogliere simultaneamente la radiazione solare nella regione visibile grazie al loro bandgap di ~2,1 eV e di immagazzinare gli ioni di litio in modo efficiente. Questo lavoro fornisce la prima dimostrazione della fotocarica autonoma esplorando il meccanismo di reazione di conversione in cui si ottiene un miglioramento di oltre il 90% della capacità specifica della batteria agli ioni di litio in seguito all'illuminazione solare.

"I fotocatodi altamente nanoporosi sono fabbricati utilizzando ematite, carbonio C-61 (PCBM) e nanotubi di carbonio. L'ematite può assorbire la luce solare e produrre portatori di carica fotogenerati, mentre gli additivi conduttivi PCBM e nanotubi di carbonio forniscono un percorso adatto agli elettroni fotogenerati per raggiungere il collettore di corrente e avviare la fotocarica", ha affermato Shubham Chamola, il primo autore dell'articolo di ricerca.