鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:522次 | 2021年12月21日
廉價(jià)、輕便、無(wú)毒的光電池,具有收集太陽(yáng)能和儲(chǔ)存能量的雙重功能
香港科技大學(xué)(HKUST)的一組研究人員開(kāi)發(fā)出一種廉價(jià)、輕便、無(wú)毒(無(wú)鉛)的光電池,在單一設(shè)備上具有收集太陽(yáng)能和儲(chǔ)存能量的雙重功能,從而可以在陽(yáng)光下為電池充電,而無(wú)需將設(shè)備插入墻壁。
對(duì)可持續(xù)能源日益增長(zhǎng)的需求推動(dòng)了人們對(duì)太陽(yáng)能及其開(kāi)發(fā)存儲(chǔ)設(shè)備的興趣。一種這樣的設(shè)備,即光電池,能夠在單個(gè)設(shè)備架構(gòu)中產(chǎn)生和存儲(chǔ)能量。理論上,這種設(shè)計(jì)應(yīng)該允許提高能量存儲(chǔ)效率和能量密度,同時(shí)降低歐姆損耗,放寬封裝要求,從而減少系統(tǒng)的重量、體積和成本。然而,實(shí)際上,材料之間的不良界面往往會(huì)產(chǎn)生電荷傳輸問(wèn)題,與太陽(yáng)能電池連接到外部電池的簡(jiǎn)單系統(tǒng)相比,大大降低了效率。
香港科技大學(xué)化學(xué)系助理教授喬納森·尤金·哈爾珀特教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)擴(kuò)大鈣鈦礦類材料的用途,在開(kāi)發(fā)更高效的光電池方面取得了進(jìn)展,鈣鈦礦已應(yīng)用于太陽(yáng)能電池和大多數(shù)最近在電池。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的鈣鈦礦鹵化物作為一種光電極,可以在鋰離子電池中無(wú)需外部負(fù)載的幫助下,在光照下收集能量,與現(xiàn)有對(duì)應(yīng)物形成鮮明對(duì)比,因?yàn)樗缓U,因此具有更高的在空氣中穩(wěn)定,沒(méi)有鉛中毒的擔(dān)憂。在他們的研究中,該團(tuán)隊(duì)用無(wú)毒元素鉍(Bi)代替了鉛,并形成了一種強(qiáng)光吸收晶體材料。
鋰離子電池的工作原理是讓電子從高能狀態(tài)移動(dòng)到低能狀態(tài),同時(shí)在外部電路中做功。光電池具有類似于普通電池的機(jī)制,只是不需要通電或插入墻壁即可充電,而是可以在陽(yáng)光下進(jìn)行光電充電。這種新電池中的活性材料是無(wú)鉛鈣鈦礦,當(dāng)置于光照下時(shí),它會(huì)吸收光子并產(chǎn)生一對(duì)電荷,稱為電子和空穴。該團(tuán)隊(duì)在明暗條件下進(jìn)行了計(jì)時(shí)電流法實(shí)驗(yàn),分析了光引起的充電電流的增加,并記錄了首次放電后對(duì)電池進(jìn)行光充電時(shí)的光轉(zhuǎn)換效率為0.428%。
Halpert教授說(shuō),目前,我們將所有電器都插在墻上給它們充電。隨著光電池領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展,我們將來(lái)可能根本不需要插電。我們或許能夠收集太陽(yáng)能并用它來(lái)滿足任何具有適度電力需求的設(shè)備的電力需求。我們的工作是在該領(lǐng)域采取的初步步驟之一,當(dāng)然,還需要進(jìn)行大量改進(jìn)以獲得更好的性能,但我們有信心通過(guò)進(jìn)一步細(xì)化,我們可以提高其穩(wěn)定性和平均效率。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
此photobattery可以作為內(nèi)置電池的設(shè)備,如智能電話或平板電腦,甚至遠(yuǎn)程能量存儲(chǔ)應(yīng)用,其可以容易與這些photobatteries進(jìn)行對(duì)它們重量輕,便于攜帶。與由太陽(yáng)能電池和外部電池組成的系統(tǒng)相比,它也有助于降低生產(chǎn)成本,因?yàn)橹恍枰姵夭糠帧?/p>
這項(xiàng)研究最近發(fā)表在科學(xué)期刊NanoLetters上。