افزايش تراکم انرژي در سلول‌هاي خورشيدي
تولید یک باتری جدید و کارآمد
تيمي از محققان موسسه ملي علوم و فناوري امريکا يک باتري قابل شارژ به کمک نور تک‌واحدي بر پايه سلول‌هاي با راندمان بالاي خورشيدي سيليکوني و باتري‌هاي ليتيومي ابداع کرده‌اند. اين منبع نيروي جديد به گونه‌اي طراحي شده تا در زير نور خورشيد يا با روشنايي معمول درون اتاق کار کند و به کاربران اجازه مي‌دهد در هر مکاني که دسترسي به نور وجود دارد، وسايل الکترونيکي خود را شارژ کنند. به علاوه اين وسيله جديد مي‌تواند انرژي را ذخيره‌سازي کند تا در مواقع لزوم و عدم وجود روشنايي هم بتواند تامين‌کننده نيروي مورد نياز باشد. ساخت اين باتري در همکاري بين دو تيم پژوهشي به مديريت دکتر سنگ‌يانگ لي و کوآن‌يانگ سئو از استادان مهندسي شيمي و انرژي موسسه علوم و فناوري انجام شد. تکنيک به کار گرفته شده براي اين نوآوري چاپ به صورت يک لايه بسيار نازک حالت جامد يون‌هاي ليتيومي به صورت مستقيم بر ماژول با عملکرد بالاي c-Si PV است. نتايج اين مطالعه در مجله معتبر و مشهور علوم انرژي و محيط‌زيست به چاپ رسيده است.
دکتر لي مي‌گويد: «اين باتري با هدف حل مشکل تراکم انرژي باتري‌ها و مسائلي که در مورد امکان ذخيره‌سازي نيرو به وسيله سلول‌هاي خورشيدي وجود دارد، ابداع شد. اين باتري‌ها در نور مستقيم خورشيد به صورت نسبي نيرو و چگالي انرژي بيشتري دارند که از امکان کاربردهاي فراوان آن‌ها به صورت بالقوه براي استفاده و ذخيره‌سازي انرژي نامحدود و پاک خورشيدي به ويژه در تامين نيروي لازم جهت ابزارهاي الکترونيکي حکايت مي‌کند.»
بر‌اساس گفته‌هاي تيم پژوهشي، اين باتري تک‌واحدي تلفيقي، توانايي‌هاي استثنايي در زمينه عملکرد الکترو‌شيميايي نوري دارد و از ديدگاه فشردگي به صورت چشمگيري از تمامي انواع موجود فراتر مي‌رود. همچنين اين باتري از بهبودي کم‌سابقه‌اي در شارژ نوري برخوردار است، به صورتي که در زماني حدود دو دقيقه شارژ سريع با عملکرد 61/7 درصد تبديل و ذخيره‌سازي نوري - الکتريکي انجام مي‌شود.
ساختار باتري
در اين مطالعه، پژوهشگران يک باتري ليتيومي در حالت جامد با پيکربندي دوقطبي سلولي به صورت مستقيم بر الکترود آلومينيومي ماژول c-Si PV ابداع کردند. براي رسيدن به اين هدف فرايندهاي چاپ درون مجموعه‌اي استفاده شد. براي فعال‌سازي ارتباط بدون وقفه و عدم اختلال ساختاري - الکتريکي دو سيستم انرژي، لايه آلومينيومي به صورت همزمان به عنوان جمع‌آوري‌کننده جريان بخش ليتيومي و همچنين الکترود سلول‌هاي خورشيدي به کار گرفته شد که اين به باتري اجازه مي‌داد بدون از دست دادن نيرو شارژ شود.
تيم دکتر سئو به صورت موفقيت‌آميزي با طراحي سلول‌هاي نوري از تيپ الکترودهاي عقبي از اتلاف انرژي سيستم باتري جلوگيري کردند. استفاده از سلول‌هاي نوري تک‌اتصاله براي ساخت ماژول‌هاي سلولي خورشيدي ممکن است با اتلاف انرژي همراه باشد که با طراحي تيپ الکترودهاي عقبي قابل حل است. آن‌ها همچنين فرايند ساخت را با چيدمان‌هاي کوچک سلول‌هاي خورشيدي که روي پيش‌ماده سيليسي فرم گرفته بود، ساده‌سازي کردند.
براي بررسي امکان کاربرد عملي اين نوآوري، تيم مطالعاتي آن را به انواع ابزارآلات ديجيتالي قابل حمل مانند تلفن همراه و پخش ام‌‌پي‌تري متصل کرد. باتري تلفيقي قادر بود در زير نور خورشيد بعد از دو دقيقه به صورت کامل شارژ شود. همچنين از ديدگاه ذخيره‌سازي انرژي الکتريکي نوري حتي در دماي 60 درجه سانتيگراد و شدت نور پايين (8 ميلي‌وات بر مجذور سانتي‌متر) در حد روشنايي يک اتاق با لامپي کم‌نور عملکرد بسيار خوبي نشان داد. دکتر لي مي‌گويد: «اين ابداع پتانسيل بسيار بالايي به عنوان منبع انرژي قابل حمل نشان مي‌دهد و مي‌تواند براي آينده دنياي ديجيتالي که انواع و اقسام ابزاهاي الکترونيکي با زندگي روزمره ما در هم آميخته شده‌اند، نقش مهمي بازي کند.»
منبع: مجله دانش بنیان
ارسال به دوستان