香港科技大学 (HKUST) 的一组研究人员开发出一种廉价、轻便、无毒(无铅)的光电池,在单一设备上具有收集太阳能和储存能量的双重功能,从而可以在阳光下为电池充电,而无需将设备插入墙壁

廉价、轻便、无毒的光电池,具有收集太阳能和储存能量的双重功能

对可持续能源日益增长的需求推动了人们对太阳能及其开发存储设备的兴趣。一种这样的设备,即光电池,能够在单个设备架构中产生和存储能量。理论上,这种设计应该允许提高能量存储效率和能量密度,同时降低欧姆损耗,放宽封装要求,从而减少系统的重量、体积和成本。然而,实际上,材料之间的不良界面往往会产生电荷传输问题,与太阳能电池连接到外部电池的简单系统相比,大大降低了效率。

廉价、轻便、无毒的光电池,具有收集太阳能和储存能量的双重功能

香港科技大学化学系助理教授乔纳森·尤金·哈尔珀特教授领导的团队通过扩大钙钛矿类材料的用途,在开发更高效的光电池方面取得了进展,钙钛矿已应用于太阳能电池和大多数最近在电池。该团队开发的钙钛矿卤化物作为一种光电极,可以在锂离子电池中无需外部负载的帮助下,在光照下收集能量,与现有对应物形成鲜明对比,因为它不含铅,因此具有更高的在空气中稳定,没有铅中毒的担忧。在他们的研究中,该团队用无毒元素铋 (Bi) 代替了铅,并形成了一种强光吸收晶体材料。


锂离子电池的工作原理是让电子从高能状态移动到低能状态,同时在外部电路中做功。光电池具有类似于普通电池的机制,只是不需要通电或插入墙壁即可充电,而是可以在阳光下进行光电充电。这种新电池中的活性材料是无铅钙钛矿,当置于光照下时,它会吸收光子并产生一对电荷,称为电子和空穴。该团队在明暗条件下进行了计时电流法实验,分析了光引起的充电电流的增加,并记录了首次放电后对电池进行光充电时的光转换效率为0.428%。


Halpert 教授说,目前,我们将所有电器都插在墙上给它们充电。随着光电池领域的进一步发展,我们将来可能根本不需要插电。我们或许能够收集太阳能并用它来满足任何具有适度电力需求的设备的电力需求。我们的工作是在该领域采取的初步步骤之一,当然,还需要进行大量改进以获得更好的性能,但我们有信心通过进一步细化,我们可以提高其稳定性和平均效率。


此photobattery可以作为内置电池的设备,如智能电话或平板电脑,甚至远程能量存储应用,其可以容易与这些photobatteries进行对它们重量轻,便于携带。与由太阳能电池和外部电池组成的系统相比,它也有助于降低生产成本,因为只需要电池部分。


这项研究最近发表在科学期刊Nano Letters 上。


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