Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi‘nden (HKUST) bir araştırma ekibi, güneş enerjisi toplama ve enerjiyi tek bir cihazda depolamada çift işleve sahip, ucuz, hafif ve toksik olmayan (kurşunsuz) bir foto-pil geliştirdi. Bu gelişim sayesinde bu pili kullanan herhangi bir cihaz prize takılmadan güneş altında şarj edilirken kullanılabilir.
Sürdürülebilir enerji kaynaklarına gelen talebin artması üzerine bilim insanları güneş enerjisini ve enerjiyi depolayan cihazları geliştirmeye yöneldiler. Foto-pil geliştirilmekte olan bir teknolojidir ve bu mimari ile enerji üretebilen ve depolayabilen bir pildir. Teoride bu tasarım, omik kayıpları ve paketleme gereksinimlerini azaltmaktadır. Böylece sistemin ağırlığını, hacmini ve maliyetini azaltırken enerji depolama verimliliğini ve enerji yoğunluğunu arttırmaktadır. Fakat malzemeler arasındaki zayıf arayüzden dolayı şarj aktarımıyla ilgili bazı sorunlar yaratma eğilimindedir. Harici bir bataryaya bağlanan basit bir güneş pili sistemine kıyasla verimliliği büyük ölçüde azalmaktadır. Enerji toplama ve depolamada iki işlevli çalışmayı sağlayan malzemeler, güneş enerjisini verimli kullanma potansiyeli nedeniyle çok fazla talep görmektedir.
HKBTÜ Kimya Bölümü’nden Yrd. Doç. Dr. Jonathan E. Halpert liderliğindeki bir ekip, güneş pillerinde uygulamaları olan ve perovskit olarak bilinen bir malzeme sınıfının kullanımını genişleterek daha verimli foto-piller geliştirmeye yönelik bazı ilerlemeler kaydetti. Ekibin geliştirdiği perovskit halojenür; bir lityum iyon pilde harici bir yük yardımı olmadan aydınlatma altında enerji toplayabilen bir fotoelektrot görevi görmekte ve kurşun içermediği için kurşun zehirlenmesi endişelerinden muaftır ve havada daha yüksek stabiliteye sahiptir. Ekip, araştırmaları için kurşunu, toksik olmayan bir element olan bizmut (Bi) ile değiştirdi ve güçlü ışık emici tamamen inorganik bir kristal malzeme oluşturdu.
Lityum-iyon pilin çalışma prensibi, harici bir devrede iş yaparken elektronların yüksek enerji durumundan daha düşük bir enerji durumuna geçmesine izin vermesidir. Foto-pilin, elektrikle şarj edilmesi için prize takılmasına gerek yoktur çünkü güneş enerjisinden elde edilen elektrik enerjisi ile şarj edilebilir. Şarj edilmesinin haricinde sıradan bir pile benzer bir mekanizması vardır. Bu yeni pildeki aktif malzeme, ışığa tutulduğunda bir fotonu emen kurşunsuz perovskittir. Ekip, ışığın neden olduğu şarj akımındaki artışı analiz etmek için ışık altında ve karanlıkta krono-amperometri deneyleri yaptı ve ilk deşarjdan sonra pilin fotoşarj edilmesinde %0,43‘lük bir foto-dönüşüm verimlilik oranı kaydetmiştir ve geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Aydınlatma altında deşarj üzerine, kapasitede 410’dan 975 mAh/g‘e bir artış gözlemlenmiştir1.
Prof. Halpert, “Şu anda tüm cihazlarımızı şarj etmek için prize takıyoruz. Foto-pil alanındaki bu gelişmelerle birlikte gelecekte fişe takılması gerekmeyebilir. Güneş enerjisini hasat edip, orta düzeyde güç ihtiyacı olan herhangi bir cihazın güç ihtiyacını karşılamak için kullanabiliriz. Çalışmamız bu alanda atılan ilk adımlardan biri ve elbette daha iyi performans elde etmek için birçok iyileştirmeye ihtiyaç olacak, ancak daha fazla iyileştirme ile kararlılığını ve ortalama verimliliğini artırabileceğimizden eminiz.” ifadelerini kullandı2.
Hafif ve taşınabilir cihazlar (akıllı telefonlar, tabletler vb.) için foto-piller, kolayca uzaktan enerji depolama işlevini görebilir. Harici pilden oluşan bir sisteme kıyasla sadece pil kısmına ihtiyaç duyulduğundan güneş pili üretim maliyeti daha düşük olacaktır. Anot yapısında ve tasarımında daha fazla araştırmayla daha verimli foto-piller üretililebilir.
Kaynaklar
- Tewari, N., Shivarudraiah, S. B., & Halpert, J. E. (2021). Photorechargeable Lead-Free Perovskite Lithium-Ion Batteries Using Hexagonal Cs3Bi2I9Nanosheets. Nano Letters, 21(13), 5578–5585. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01000
- https://phys.org/news/2021-08-photo-rechargeable-lead-free-perovskite-lithium-ion-battery.html