Pin phụ, chẳng hạn như pin lithium ion, cần được sạc lại sau khi sử dụng hết năng lượng dự trữ.Trong nỗ lực giảm bớt sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch, các nhà khoa học đã và đang khám phá những cách bền vững để sạc lại pin thứ cấp.Gần đây, Amar Kumar (nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của TN Narayanan ở TIFR Hyderabad) và các đồng nghiệp của mình đã lắp ráp một loại pin lithium ion nhỏ gọn bằng vật liệu cảm quang có thể sạc trực tiếp bằng năng lượng mặt trời.
Những nỗ lực ban đầu nhằm tạo kênh năng lượng mặt trời để sạc lại pin đã sử dụng các tế bào quang điện và pin như những thực thể riêng biệt.Năng lượng mặt trời được chuyển đổi bởi các tế bào quang điện thành năng lượng điện và do đó được lưu trữ dưới dạng năng lượng hóa học trong pin.Năng lượng được lưu trữ trong những viên pin này sau đó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử.Sự chuyển tiếp năng lượng này từ thành phần này sang thành phần khác, ví dụ, từ tế bào quang điện đến pin, dẫn đến một số tổn thất năng lượng.Để ngăn chặn sự thất thoát năng lượng, đã có một sự thay đổi theo hướng khám phá việc sử dụng các thành phần cảm quang bên trong chính pin.Đã có những tiến bộ đáng kể trong việc tích hợp các thành phần cảm quang trong pin dẫn đến việc hình thành các pin năng lượng mặt trời nhỏ gọn hơn.
Mặc dù được cải tiến về thiết kế nhưng các loại pin năng lượng mặt trời hiện có vẫn còn một số điểm hạn chế.Một số nhược điểm liên quan đến các loại pin năng lượng mặt trời khác nhau bao gồm: giảm khả năng khai thác đủ năng lượng mặt trời, sử dụng chất điện phân hữu cơ có thể ăn mòn thành phần hữu cơ cảm quang bên trong pin và hình thành các sản phẩm phụ cản trở hiệu suất duy trì của pin trong dài hạn.
Trong nghiên cứu này, Amar Kumar đã quyết định khám phá các vật liệu cảm quang mới có thể kết hợp lithium và chế tạo pin năng lượng mặt trời chống rò rỉ và hoạt động hiệu quả trong điều kiện môi trường xung quanh.Pin năng lượng mặt trời có hai điện cực thường bao gồm thuốc nhuộm cảm quang ở một trong các điện cực được trộn vật lý với thành phần ổn định giúp thúc đẩy dòng electron qua pin.Điện cực là hỗn hợp vật lý của hai vật liệu có những hạn chế về việc sử dụng tối ưu diện tích bề mặt của điện cực.Để tránh điều này, các nhà nghiên cứu từ nhóm của TN Narayanan đã tạo ra một cấu trúc dị hình gồm MoS2 (molypden đisunfua) và MoOx (molypden oxit) để hoạt động như một điện cực duy nhất.Là một cấu trúc dị thể, trong đó MoS2 và MoOx đã được hợp nhất với nhau bằng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học, điện cực này cho phép có nhiều diện tích bề mặt hơn để hấp thụ năng lượng mặt trời.Khi tia sáng chiếu vào điện cực, chất cảm quang MoS2 tạo ra các electron và đồng thời tạo ra các khoảng trống gọi là lỗ trống.MoOx giữ cho các electron và lỗ trống cách xa nhau, đồng thời chuyển các electron đến mạch pin.
Pin năng lượng mặt trời này, được lắp ráp hoàn toàn từ đầu, được phát hiện là hoạt động tốt khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời mô phỏng.Thành phần của điện cực cấu trúc dị thể được sử dụng trong pin này cũng đã được nghiên cứu rộng rãi với kính hiển vi điện tử truyền qua.Các tác giả của nghiên cứu hiện đang làm việc hướng tới việc khám phá cơ chế mà MoS2 và MoOx hoạt động song song với cực dương lithium dẫn đến việc tạo ra dòng điện.Mặc dù pin năng lượng mặt trời này đạt được sự tương tác cao hơn của vật liệu cảm quang với ánh sáng, nhưng nó vẫn chưa đạt được mức độ dòng điện tối ưu để sạc đầy pin lithium ion.Với mục tiêu này, phòng thí nghiệm của TN Narayanan đang khám phá cách các điện cực có cấu trúc khác nhau như vậy có thể mở đường cho việc giải quyết những thách thức của pin năng lượng mặt trời ngày nay.
Thời gian đăng: Tháng 5-11-2022