Een team van onderzoekers van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) heeft een goedkope, lichtgewicht, en niet-giftige (loodvrije) fotobatterij die dubbele functies heeft bij het oogsten van zonne-energie en het opslaan van energie op een enkel apparaat, waardoor het mogelijk is om een ​​batterij onder de zon op te laden, zonder dat u het apparaat in de muur hoeft te steken.

De toenemende vraag naar duurzame energiebronnen heeft geleid tot een grote belangstelling voor zonne-energie en de ontwikkeling van opslagapparatuur daarvoor. Een dergelijk apparaat, de foto-batterij, is in staat om zowel energie op te wekken als op te slaan in een architectuur met één apparaat. In theorie, dit ontwerp moet een verhoogde energieopslagefficiëntie en energiedichtheid mogelijk maken, terwijl ohmse verliezen worden verminderd, versoepeling van de verpakkingseisen en dus vermindering van het gewicht, het grootste deel, en de kosten van het systeem. In werkelijkheid, echter, de slechte interface tussen materialen heeft de neiging problemen te veroorzaken met ladingstransport, de efficiëntie aanzienlijk verminderen in vergelijking met het eenvoudige systeem van een zonnecel die is aangesloten op een externe batterij.

Een team onder leiding van Prof. Jonathan Eugene HALPERT, Universitair docent van de afdeling Chemie van HKUST, heeft vooruitgang geboekt in de richting van de ontwikkeling van efficiëntere fotobatterijen door het gebruik van een klasse materialen die bekend staat als perovskiet uit te breiden, die toepassingen heeft gehad in zonnecellen en recentelijk in batterijen. Het perovskiethalogenide dat het team ontwikkelde, fungeert als een foto-elektrode die energie kan oogsten onder verlichting zonder de hulp van een externe belasting in een lithium-ionbatterij, en staat in schril contrast met zijn bestaande tegenhanger omdat het geen lood bevat, daarom heeft het een hogere stabiliteit in de lucht en is het vrij van de zorgen van loodvergiftiging. Voor hun onderzoek hebben het team heeft lood vervangen door bismut (Bi), een niet-toxisch element, en het vormen van een sterk lichtabsorberend kristallijn materiaal.

De lithium-ionbatterij werkt door elektronen van een hoge energietoestand naar een lagere te laten gaan, tijdens werkzaamheden in een extern circuit. De fotobatterij heeft een mechanisme dat lijkt op een gewone batterij, behalve dat hij niet van stroom hoeft te worden voorzien of op de muur hoeft te worden aangesloten om elektrisch te worden opgeladen, maar kan foto-elektrisch worden opgeladen onder de zon. Het actieve materiaal in deze nieuwe batterij is het loodvrije perovskiet dat, wanneer ze onder het licht worden gezet, absorbeert een foton en genereert een paar ladingen, bekend als een elektron en een gat. Het team voerde chrono-amperometrie-experimenten uit onder licht en in het donker om de toename van de laadstroom veroorzaakt door het licht te analyseren, en registreerde een efficiëntie van de fotoconversie van 0,428% bij het fotoladen van de batterij na de eerste ontlading. De volgende stap van het team is om te experimenteren met verschillende materialen voor betere prestaties en efficiëntie, zodat de fotobatterij op de markt kan worden gebracht.

"Momenteel, we pluggen al onze apparaten in de muur om ze op te laden. Met de verdere ontwikkeling op dit gebied van fotobatterijen, we hoeven ze in de toekomst misschien helemaal niet aan te sluiten, " zei Prof. Halpert. "Misschien kunnen we zonne-energie oogsten en gebruiken om te voldoen aan de stroomvereisten van alle apparaten met een bescheiden stroombehoefte. Ons werk is een van de eerste stappen op dit gebied, en, natuurlijk, veel verbeteringen nodig zijn om betere prestaties te bereiken, maar we zijn ervan overtuigd dat we de stabiliteit en gemiddelde efficiëntie kunnen verbeteren met verdere verfijning."

Deze fotobatterij kan dienen als ingebouwde batterij voor apparaten zoals smartphones of tablets, en zelfs toepassingen voor energieopslag op afstand, wat gemakkelijk kan worden gemaakt met deze fotobatterijen omdat ze lichtgewicht en draagbaar zijn. Het zou ook moeten helpen de productiekosten te verlagen in vergelijking met een systeem dat bestaat uit een zonnecel plus een externe batterij, aangezien alleen het batterijgedeelte nodig is.

Deze studie is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nano-letters .