Оптоионная батарея хранит солнечную энергию до 48 часов

Энергия

Редакционная группа сайта «Технологические инновации» - 22.05.2025

Команда создала проект по развитию концепции оптоионных солнечных батарей. [Изображение: Проект SolBat/Раскрытие информации]

Солнечная батарея

Чтобы решить проблему непостоянства солнечной энергии (когда Солнце садится, генерация прекращается), мы используем батареи , но комплект батарей, который может обеспечить такое же количество энергии, вырабатываемой в течение дня, стоит очень дорого.

Бибхути Рат и его коллеги из Мюнхенского технического университета в Германии придумали гораздо лучшее решение: «солнечный резервуар», своего рода аккумулятор, но в отличие от современных, который хранит энергию и выдает ее в виде электричества еще долгое время после захода солнца, поддерживая подачу электроэнергии в течение всей ночи.

Это первый случай, когда сбор солнечной энергии и долгосрочное ее хранение были объединены в одной безметалловой молекулярной структуре, эффективно объединяющей функции солнечного элемента и батареи в единую, легкую и устойчивую систему — настоящую солнечную батарею .

Это стало возможным благодаря типу очень пористой керамики, известной как ковалентный органический каркас , или COF, органический вариант более известных металл-органических каркасов, или MOF . Исключение металлов упрощает все, начиная от производства материала, в дополнение к значительному снижению затрат.

Двумерный материал, изготовленный из нафталиндиимида, не только поглощает солнечный свет, но и стабилизирует возникающие фотоиндуцированные заряды, позволяя хранить энергию более 48 часов в водной среде. Этот тип материала, который обеспечивает перемещение ионов под действием фотонов, известен как оптоионный.

Сохраненные заряды сохраняются в материале и впоследствии могут активно разряжаться для питания внешней нагрузки, что позволяет практическое использование накопленной энергии в течение дня. «Этот материал имеет двойную функциональность: он действует как поглотитель солнечной энергии и долгосрочный резервуар заряда», — сказал Бхусан. «Его производительность превосходит производительность многих существующих оптоионных материалов, и при этом он не использует металлы или редкие элементы».

Хотя ионы играют решающую роль в работе солнечной батареи, основным элементом ее работы является вода. [Изображение: Бибхути Бхусан Рат и др. - 10.1021/jacs.4c17642]

Вода имеет решающее значение

Объединив оптические, электрохимические и вычислительные методы, исследователи обнаружили, что вода играет центральную роль в стабилизации хранящихся электрических зарядов.

Вместо того чтобы активно взаимодействовать с внешними ионами, молекулы воды реагируют на заряды в структуре COF таким образом, что создают энергетический барьер, эффективно предотвращая рекомбинацию захваченных зарядов, генерируемых светом, сохраняя энергию для последующего высвобождения.

Материал имеет емкость хранения заряда 38 мАч/г, что превосходит аналогичные структуры и другие светочувствительные материалы, такие как нитриды углерода и металлоорганические каркасы.

Испытательное устройство продемонстрировало превосходную циклическую стабильность с точки зрения органических материалов, сохраняя более 90% емкости после нескольких десятков циклов зарядки и достигая 50% после 1500 циклов.

«Эта работа подчеркивает потенциал органических структур, которые можно адаптировать для современных энергетических приложений, используя только органические строительные блоки и воду», — сказала профессор Бетина Лотч. «Это знаменует собой значительный шаг на пути к решениям по хранению энергии на основе устойчивых материалов и их применению вне сети».

Другие новости о:

Больше тем