Фотоэлемент впервые объединили в одно устройство с перезаряжаемым аккумулятором

Американские ученые впервые «скрестили» солнечный фотоэлемент с перезаряжаемым аккумулятором. О гибридном устройстве сообщается в журнале Nature Communications и в пресс-релизе Университета штата Огайо.

Изобретение решает давнюю проблему солнечной энергетики: потери электроэнергии, связанные с перемещением электронов от фотоэлемента к внешней батарее (до пункта назначения доходит около 80 процентов частиц). В новом устройстве свет преобразуется в электричество непосредственно внутри фотоэлемента, что «бережет» все электроны.

Главной сложностью для конструкторов была воздухопроницаемость: обычно фотоэлементы изготавливают из прочных полупроводниковых панелей, которые не пропускают воздух внутрь батареи. Аспирант Минчжэ Юй (Mingzhe Yu) решил сделать панель из титановой сетки, на которой наращены стержни из диоксида титана. Воздух свободно проникает через сетку, а стержни улавливают солнечный свет.

Первый электрод образуется сеточной панелью. Под ней ученые разместили тонкий слой пористого углерода (второй электрод) и пластину из лития (третий). Между электродами втиснуты слои электролита — для переноса электронов в обе стороны.

Солнечный аккумулятор работает следующим образом: во время зарядки свет падает на сеточную панель и создает электроны. Внутри устройства те участвуют в химическим разложении пероксида лития на ионы и кислород. Газ улетает в атмосферу, а ионы лития, поймав электроны, остаются в батарее в виде металла. При разрядке батарея забирает кислород из воздуха, снова формируя пероксид лития.

«Это, по сути, дышащий аккумулятор. Он вдыхает воздух, разряжаясь, и выдыхает при зарядке», — отметил руководитель исследовательского коллектива Иин У (Yiying Wu). По словам изобретателей, новое устройство способно сократить затраты в солнечной энергетике на 25 процентов.