Солнечная панель-батарея «дышит» воздухом

В октябрьском номере Nature Communications исследователи из Университета Огайо заявили, что добились успеха в разработке гибридного устройства, совмещающего функции аккумулятора и солнечной батареи. Внутри него свет и кислород приводят в действие химические реакции, заряжающие батарею.

Данную идею удалось реализовать на практике благодаря двум главным открытиям: сетчатой солнечной панели, ячейки которой обеспечивают свободный доступ к батарее воздуха, и особому процессу переноса электронов между солнечным элементом и аккумуляторным электродом. Основой для сетчатой панели служит гибкая титановая кисея, на которой выращены вертикальные стержни диоксида титана, поглощающие солнечный свет. Сетка принадлежит к классу солнечных элементов, сенсибилизированных красителями, поскольку для настройки поглощения определенных длин волн в ней используется красный пигмент гематит.

Такая панель образует один электрод. Под ней авторы расположили второй электрод — слой пористого углерода, и литиевую пластину (третий электрод). Между электродами имеются прослойки электролита. Типичная солнечная панель подключается к батарее четырьмя электродами, но гибридная конструкция позволила обойтись тремя.

При зарядке свет падает на титановую сетку и генерирует электроны, которые вступают в реакцию разложения перекиси лития на кислород и ионы лития. Кислород уходит в воздух, а ионы захватывают электроны и запасаются в электроде в форме металлического лития. Разряжаясь, батарея использует атмосферный кислород для повторного образования пероксида лития. Важным нововведением стала йодидная добавка в электролит, служащая «переносчиком» электронов между сеткой и батареей и улучшающая эффективность работы устройства.

Обычно, только 80% свободных электронов, возникающих в солнечной панели, достигают внешней батареи. Благодаря интеграции двух функций в одном устройстве эффективность использования таких электронов удалось увеличить почти до 100%.

Судя по итогам предварительных испытаний с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, гибридные солнечные батареи могут быть сопоставимыми по времени жизни с перезаряжаемыми батареями, уже имеющимися на рынке. При этом достигаемая в результате интеграции свойств экономия, как уверяют авторы, составит до 25%.

В основу конструкции «дышащей батареи» положена предыдущая разработка тех же ученых — высокоэффективная воздушно-калиевая батарея, для внедрения которой был создан стартап KAir Energy Systems.