Прорыв от солнечной батареи объединяет генерацию и хранение фотоэлектрических элементов в одном устройстве

Прорыв от солнечной батареи объединяет генерацию и хранение фотоэлектрических элементов в одном устройстве

Научно-исследовательское сотрудничество под руководством США, включающее в себя группу ученых из Австралии по фотогальванике, разработало сверхэффективную и долговечную батарею на солнечной батарее — способ генерировать, хранить и повторно получать возобновляемую электроэнергию от солнца в одном устройстве.

Во вторник химики из лаборатории Сонг Джин в Университете Висконсин-Мэдисон заявили, что новое устройство было сделано из кремниевых солнечных элементов в сочетании с современными солнечными материалами и интегрировано с оптимально разработанными компонентами для хранения химических веществ.

По сути, они сочетают в себе преимущества фотоэлектрических элементов, которые преобразуют солнечный свет в электричество, с преимуществами проточных батарей, в которых используются емкости с химикатами, которые могут реагировать на выработку электроэнергии и перезаряжаться солнечными элементами.

Исследовательская группа говорит, что солнечная батарея, созданная в результате сотрудничества, установила новый рекорд эффективности в 20 процентов, превзойдя большинство имеющихся в продаже кремниевых солнечных элементов, и была на 40 процентов более эффективной, чем предыдущий рекордсмен для батарей солнечной энергии, также разработанный лабораторией Джин.

Работа была выполнена в сотрудничестве с исследователями из Университета Нового Южного Уэльса и Университета Сиднея в Австралии, Университета штата Юта, Университета науки и технологий имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии и Городского университета Гонконга. Он был опубликован 13 июля в журнале Nature Materials.

Ведущий автор исследования, аспирант UW-Madison Вэньцзе Ли, сказал, что, хотя батареи на солнечной батарее находились на расстоянии многих лет от коммерциализации, они предлагали потенциал для обеспечения надежного производства и хранения электроэнергии для освещения, сотовых телефонов или других основных целей для дома в отдаленных районах. области.

На солнечной стороне команда исследовала галогенидные перовскиты, эффективность солнечной конверсии которых резко возросла с нескольких процентов до более чем 25 процентов за 10 лет. К этому они добавили кремний, который остается ключевым для создания стабильного устройства, способного противостоять химическим веществам в проточной батарее.

И именно здесь австралийская команда вступила в игру. Профессор Анита Хобайли (Uni Syd) и постдокторский исследователь Цзянхуэй Чжэн (UNSW) изготовили солнечные элементы на основе перовскита-кремния с дополнительным защитным слоем на поверхности кремния и отправили их в Висконсин для испытаний.

«Нашей мотивацией для разработки солнечного элемента было объединение этих двух материалов, чтобы у нас была высокая эффективность и хорошая стабильность», — сказал Ли.

Для проточной батареи Ли использовал теоретическое моделирование, чтобы выбрать пару химикатов, которые будут работать при идеальном напряжении на основе характеристик солнечного элемента, максимизируя эффективность. Химические вещества легко доступны, дешевые органические соединения, которые растворяются в доброкачественном водном растворе поваренной соли, а не в сильных кислотах.

После того, как был найден идеальный рецепт, команда из Университета штата Юта во главе с профессором химии Т. Лео Лю начала работать над тем, чтобы предоставить ключевые химические вещества, соответствующие.

«Благодаря хорошему соответствию между солнечным элементом и проточной батареей, устройство-победитель поддерживало высокую эффективность в течение сотен часов и сотен циклов зарядки-разрядки, сохраняя при этом большую часть своей емкости», — говорится в отчете.

В целом, исследовательская группа обнаружила, что долгий срок службы новой системы и эффективность ее использования на уровне 20 процентов сделали ее лучшим аккумуляторным устройством на солнечной батарее.

«Это 20-процентная эффективность в любое время», — сказал профессор Джин. «Вы можете использовать солнечное электричество сразу в течение дня и получить 20 процентов, или вы можете использовать его вечером из хранилища и получить 20 процентов».

Теперь задача состоит в том, чтобы преобразовать солнечные батареи в практические решения в области возобновляемых источников энергии, начиная с увеличения размера и масштаба существующих небольших прототипов, изготовленных исследовательской лабораторией.

Большая надежность также будет необходима. Лаборатория Jin говорит, что она продолжает разрабатывать еще более эффективные батареи на солнечной батарее, а также экспериментирует с практическими компромиссами для снижения стоимости устройств.

«Нашей конечной целью, если мы сможем сделать это практичным, является нацеливание на солнечные домашние системы», — сказал Ли. «Люди, у которых нет доступа к электросети, могут использовать это устройство для получения надежного электричества».

Загрузка ...