Получение солнечной энергии с помощью солнечных батарей — это только половина дела, ведь энергию нужно где-то хранить для дальнейшего использования. В случае проточных батарей в качестве хранилища используются чаны с жидкостью. Международная команда исследователей, возглавляемая учеными из Висконсинского университета в Мадисоне (США), создала новую версию солнечных батарей, которые являются более эффективными и долговечными.
Чтобы сделать новое устройство, разработчики объединили несколько существующих технологий. Сочетание перовскит-кремниевого солнечного элемента с проточной редокс-батареей, по словам команды, позволит людям собирать и хранить возобновляемую энергию в одном устройстве. Батарея не только эффективно хранит энергию, но и должна быть недорогой в производстве и достаточно простой, чтобы устройство можно было использовать в домашних условиях.
Энергетическая часть уравнения объединяет известный в отрасли материал — кремний, — с редким минералом — перовскитом. Сочетание солнечных элементов или фотоэлементов оказалось лучше, чем любой другой материал, так как эти два материала захватывают световые волны различной длины.
Для хранения команда обратилась к проточной батарее. Традиционно эти устройства содержат две жидкости, помещенные в отдельные емкости, которые выполняют функцию электролитов. Электричество от солнечного элемента заряжает одну из жидкостей, где энергия может находится неопределенное время. Когда требуется энергия, две жидкости взаимодействуют в общей камере, создавая химическую реакцию, которая производит электричество.
Команда использовала метод теоретического моделирования, чтобы определить, какие химические вещества будут работать при идеальном напряжении, чтобы максимизировать эффективность. Ученые остановились на двух органических соединениях, растворенных в соленой воде. Испытания с физическим устройством подтвердили, что совпадение оказалось удачным.
Ученые показали, что эффективность батареи увеличилась на 20%. Устройство способно поддерживать высокую эффективность и емкость в течение сотен часов и циклов зарядки-разрядки. Команде удалось продлить срок службы новой батареи по сравнению с другими проточными батареями, кислотные электролиты которых вызывают коррозию резервуаров.
Команда планирует продолжить разработку новых солнечных батарей для повышения эффективности, снижения затрат и изучения способов их введения для практического широкомасштабного использования.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.