O inovație importantă în tehnologia verde: prima baterie solară din lume
În urmă cu câteva zile, revista Nature Communication avea să raporteze un lucru extraordinar: cercetătorii de la Universitatea de Stat din Ohio au reușit să combine o baterie și o celulă solară într-un singur dispozitiv hibrid.
Cheia inovației este un panou solar „plasă” care permite să intre aerul în baterie, și un proces special pentru transferul de electroni între panoul solar și electrodul bateriei. În interiorul dispozitivului, lumina și oxigenul permit declanșarea unor reacții chimice care încărcă bateria, scrie Energy Harvesting Journal.
Universitatea va licenția bateria solară pentru industrie, unde Yiying Wu, profesor de chimie și biochimie la Ohio State, spune că va ajuta la scăderea costurilor energiei din surse regenerabile.
„Stadiul actual al tehnologiei se referă la utilizarea unui panou solar pentru a capta lumina, și apoi folosirea unei baterii ieftine pentru a stoca energia”, a spus Wu. „Noi am integrat ambele funcții într-un singur dispozitiv. Când faci asta reduci considerabil costurile.” El și studenții săi cred că dispozitivul ar tăia prețurile cu aproximativ 25%.
Invenția rezolvă, de asemenea, o problemă veche a eficienței energetice solare, prin eliminarea pierderilor de energie electrică care au loc în mod normal când electronii trebuie să circule între o celulă solară și o baterie externă.
De obicei, doar 80% din electronii emergenți de la o celulă solară ajung într-o baterie. Cu acest design nou, lumina este transformată în electroni în interiorul bateriei, astfel încât aproape 100% din electroni sunt salvați.
Designul invenției preia câteva elemente de la o baterie elaborată anterior de către Wu și doctorandul Xiaodi Ren. Ei au inventat o baterie de înaltă eficiență, alimentată cu aer, care se descarcă prin reacția chimică a potasiului cu oxigenul.
Designul a câștigat un premiu de 100.000 dolari de la Departamentul de Energie al SUA în 2014, iar cercetătorii au format o tehnologie numită Energy Systems Kair. „Practic, este o baterie care respiră”, precizează Wu. „Respiră aer atunci când se descarcă, și expiră atunci când se încarcă.”
Pentru acest nou studiu, cercetătorii au vrut să combine un panou solar cu o baterie similară cu Kair. Provocarea a fost că celulele solare sunt în mod normal realizate din bucăți de semiconductoare masive, care ar bloca aerul de la intrarea în baterie.
Mingzhe Yu a proiectat un panou solar permeabil de tip „plasă”, realizat din tifon și titan, materiale flexibile pe care a dezvoltat bare verticale din dioxid de titan, similare firelor de iarbă. Aerul trece prin tifon în timp ce tijele captează lumina soarelui.
În mod normal, o celulă solară conectată la o baterie ar necesita utilizarea unor patru electrozi, explică cercetătorii. Design-ul lor hibrid folosește doar trei.
Panoul solar plasă formează primul electrod. Sub acesta, cercetătorii au plasat o foaie subțire de carbon poros (al doilea electrod) și o placă de litiu (al treilea electrod). Între electrozi, acest sandwich de straturi de electrozi transportă electronii înainte și înapoi.
Iată cum funcționează bateria solară: în timpul încărcării, lumina atinge ochiurile de plasă ale panoului solar formând electroni. In interiorul bateriei, electronii sunt implicați în descompunerea chimică a peroxidului de litiu în ioni de litiu și oxigen. Oxigenul este eliberat în aer, iar ionii de litiu sunt stocați în bateria de litiu metalic după capturarea electronilor.
Când bateria se descarcă, se consumă chimic oxigenul din aer pentru a reforma peroxid de litiu. Un aditiv din electrolit transportă electronii între electrodul bateriei și panoul solar. Utilizarea aditivului reprezintă o abordare distinctă, una care ajută la îmbunătățirea performanței și eficienței bateriei, punctează echipa.
Roxana Muntean
