SO HUU TRI TUE
Thứ hai, 22/07/2024
  • Click để copy

Phương pháp mới: Pin năng lượng mặt trời 2 trong 1

11:53, 01/04/2023
(SHTT) - Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Chất rắn Max Planck đã giới thiệu một thiết kế pin năng lượng mặt trời tích hợp bền vững dựa trên các vật liệu có nhiều trên Trái đất.

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tạo ra các công nghệ năng lượng mặt trời hiệu quả hơn và các thiết kế pin bền vững hơn. Trong số các giải pháp năng lượng bền vững mới nổi là pin năng lượng mặt trời, hệ thống có thể lưu trữ năng lượng thu được từ pin mặt trời hoặc hệ thống quang điện (PV).

Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Chất rắn Max Planck, dưới sự giám sát của Giáo sư Bettina Lotsch, đã giới thiệu một thiết kế pin năng lượng mặt trời tích hợp bền vững dựa trên các vật liệu có nhiều trên Trái đất. Thiết kế được trình bày trong một bài báo đăng trên tạp chí Khoa học Năng lượng & Môi trường, dựa trên một photoanode carbon nitride (K-PHI) hai chức năng có thể vừa hấp thụ ánh sáng vừa tích trữ điện tích.

Andreas Gouder, một trong những nhà nghiên cứu nói: “Lĩnh vực nghiên cứu pin mặt trời vẫn còn non trẻ và rất đa dạng về khái niệm và ý tưởng, với các mức độ tích hợp khác nhau. Tích hợp có nghĩa là hai chức năng: chuyển đổi năng lượng ánh sáng và lưu trữ năng lượng. Hai chức năng này được tích hợp vào một thiết bị duy nhất. Điều này có thể được thực hiện thông qua các phương pháp khác nhau, ví dụ: bằng cách thêm một điện cực quang hoạt vào pin hoặc bằng cách sử dụng một vật liệu điện cực lưỡng chức năng. Tuy nhiên, sự tích hợp cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển điện tích”.

a-new-integrated-solar

 

Về cơ bản, khi pin được sạc bằng ánh sáng, một trong những hạt mang điện âm cực quang cần được chuyển từ điện cực quang hoạt sang điện cực "mạch đếm" khác. Trong hầu hết các loại pin năng lượng mặt trời được phát triển trước đây, dựa trên các điện cực rắn, quá trình này xảy ra thông qua một dây dẫn bên ngoài.

Giáo sư Lotsch, Gouder và các đồng nghiệp bắt đầu tạo ra một giải pháp trong đó quá trình này diễn ra bên trong. Để làm được điều này, họ đã giới thiệu một thiết bị phân tách đa chức năng, phân tách hai điện cực bên trong pin của chúng.

"Việc thiết kế một thiết bị chứng minh khái niệm thông qua cơ chế tích hợp mới hơn này đã truyền cảm hứng cho giải pháp mới này, cùng với việc sử dụng các nitrua cacbon polyme 2D rẻ và dồi dào trên trái đất có hai chức năng (tức là biến đổi nitrua cacbon 'K-PHI') làm cực dương quang cho thiết bị pin năng lượng mặt trời đầu tiên”, Gouder nói.

 "Tính phù hợp của K-PHI làm cực dương pin năng lượng mặt trời đã được nhóm của chúng tôi nghiên cứu lần đầu tiên vào năm 2018 và được cấp bằng sáng chế sau đó vào năm 2019”.

Pin được tạo ra bao gồm hai điện cực (cực dương và cực âm) và một dải phân cách giữa chúng. Sự hấp thụ ánh sáng được thực hiện bởi cực dương, được làm bằng K-PHI. Các electron sinh quang được lưu trữ trực tiếp trong K-PHI, trong khi các lỗ quang sinh được chuyển đến cực âm, được làm bằng polyme dẫn điện hữu cơ PEDOT:PSS.

Gouder cho biết: "Ở đây, cơ chế truyền xảy ra bên trong, là duy nhất, được chỉnh lưu và thực hiện bởi một lớp vận chuyển lỗ (polyme dẫn điện hữu cơ F8BT). Về nguyên tắc, người ta có thể vận hành thiết bị này như một pin mặt trời hoặc pin bình thường (khi được giữ trong bóng tối và được tích điện/phóng điện bằng dòng điện áp dụng), nhưng có thể thực hiện được một số chế độ hỗ trợ ánh sáng, tất cả những chế độ này chúng tôi đã nghiên cứu chi tiết như một phần trong nghiên cứu của mình”.

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá pin năng lượng mặt trời của họ trong một loạt các thử nghiệm và nhận thấy nó đạt được những kết quả rất hứa hẹn. Ánh sáng mặt trời có thể hỗ trợ sạc pin mặt trời hoặc hỗ trợ cả quá trình sạc và xả. Các nhà nghiên cứu còn phát hiện ra giải pháp của họ áp dụng cho cả quá trình sạc và xả đã làm tăng đáng kể năng lượng trích xuất lên 94,1% so với khi pin được vận hành như pin thông thường trong bóng tối.

Thiết kế pin năng lượng mặt trời tích hợp này có thể sớm truyền cảm hứng cho các nhóm nghiên cứu khác tạo ra các loại pin bền vững tương tự dựa trên các cực quang carbon nitride hoặc sử dụng các dải phân cách. Trong khi đó, nhóm các nhà nghiên cứu có kế hoạch cải tiến công nghệ của họ hơn nữa để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thương mại hóa.

Gouder cho biết thêm: “Mặc dù hiệu quả của việc sạc quang có thể so sánh với các thiết bị pin mặt trời dựa trên photoanode tương tự, nhưng nó vẫn đứng sau hệ thống hai thiết bị cổ điển (pin mặt trời được kết nối với pin). Do đó, việc triển khai đòi hỏi phải tăng cường dòng quang điện để cạnh tranh với pin mặt trời tiên tiến nhất”.

Mỹ Linh

Tin khác

Khoa học Công nghệ 8 giờ trước
(SHTT) - Hà Nội là Thủ đô của cả nước do đó có nhiều bài toán về quản trị kinh tế - xã hội phức tạp cần sự trợ giúp của công nghệ nói chung và trí tuệ nhân tạo (AI) nói riêng.
Khoa học Công nghệ 8 giờ trước
(SHTT) - Mặc dù Steve Jobs đã qua đời vào năm 2011, trước khi ChatGPT ra đời hơn một thập kỷ, nhưng một số người tin rằng ông đã từng đưa ra những dự đoán về sự phát triển của công nghệ AI có các tính năng tương tự như ChatGPT.
Khoa học Công nghệ 12 giờ trước
(SHTT) - Hơn 1.600 ô tô điện Porsche Taycan sẽ bị triệu hồi tại thị trường Úc do phát hiện vấn đề liên quan tới việc kiểm soát độ ổn định của hệ thống phanh.
Khoa học Công nghệ 12 giờ trước
(SHTT) - Trong khi thị trường ô tô Việt Nam đang chứng kiến sự xuất hiện của nhiều dòng xe mới trong năm nay, cũng có những mẫu xe đã phải khép lại hành trình và không còn có mặt trong danh sách sản phẩm chính hãng.
Khoa học Công nghệ 15 giờ trước
(SHTT) - Nhóm nhà khoa học tại Đại học Hàng không Vũ trụ Bắc Kinh phát triển thành công CoulombFly, phương tiện bay nhỏ và nhẹ nhất thế giới chạy bằng năng lượng mặt trời. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Nature.