Células solares inspiram Li

Jun 26, 2023

8 de maio de 2023 diálogo

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por Shubham Chamola e Shahab Ahmad, Tech Xplore

A energia solar está na vanguarda da mudança global em direção à produção de fontes de energia sustentáveis ​​e ao enfrentamento da pobreza energética. No entanto, a natureza intermitente da energia solar limita seu uso para aplicações como dispositivos IoT, sensoriamento remoto ao vivo e fonte de alimentação fora da rede. Convencionalmente, as baterias são alimentadas por células solares para armazenar a energia para uso posterior. No entanto, a combinação física dessas duas tecnologias requer embalagem separada de ambos os sistemas, é complicada de instalar e requer mais eletrodos, o que aumenta o custo e as perdas ôhmicas no dispositivo.

Além disso, esses painéis fotovoltaicos (PV) fisicamente conectados e baterias fazem uso de diferentes tipos de materiais energéticos para obter tanto a coleta quanto o armazenamento de energia, o que torna o sistema geral volumoso. Como resultado, esses problemas limitam os aplicativos.

Neste contexto, as baterias fotorrecarregáveis ​​(PRBs) demonstradas podem fornecer uma solução promissora para superar as limitações associadas à integração física de PVs e baterias. Um PRB pode realizar coleta e armazenamento de energia solar simultaneamente em um único dispositivo usando nanomateriais avançados, que podem realizar coleta e armazenamento de energia com eficiência. Essa tecnologia de ponta promete ser leve e eficiente em comparação com a combinação convencional existente de PVs e baterias.

Em seu estudo publicado em Advanced Sustainable Systems, pesquisadores do Advanced Energy Materials Lab, Departamento de Física do Instituto Indiano de Tecnologia de Jodhpur, demonstraram que nanobastões de óxido de ferro (também conhecido como hematita) podem funcionar como um material ativo para formar materiais eficientes e de baixo custo. fotocátodos de baixo custo para aplicações PRB. A alta capacidade específica teórica (1006 mAh g-1), a abundância de terra, a não toxicidade, a compatibilidade com o meio ambiente e as técnicas de baixo processamento tornam a fase alfa do óxido de ferro um material de ânodo atraente para baterias de íons de lítio.

Os nanorods de óxido de ferro mostraram a capacidade de coletar simultaneamente a radiação solar na região visível devido ao seu bandgap de ~2,1 eV e armazenar os íons de lítio de forma eficiente. Este trabalho fornece a primeira demonstração de fotocarga independente, explorando o mecanismo de reação de conversão, onde mais de 90% de aumento na capacidade específica da bateria de íon-lítio é alcançado mediante iluminação solar.

"Os fotocátodos altamente nanoporosos são fabricados usando hematita, carbono C-61 (PCBM) e nanotubos de carbono. A hematita pode absorver a luz solar e produzir portadores de carga fotogerados, enquanto PCBM e aditivos condutores de nanotubos de carbono fornecem um caminho adequado para os elétrons fotogerados alcançarem o coletor de corrente e iniciar o photocharger", disse Shubham Chamola, o primeiro autor do artigo de pesquisa.