過去的太陽能電池是透過太陽能板發(fā)電,經(jīng)由電線將電能儲存到蓄電池中。但從太陽能板到蓄電池的轉(zhuǎn)換過程中,容易散逸電能、降低轉(zhuǎn)換效能。為改善這樣的問題,俄亥俄州州立大學(xué)把太陽能板和充電電池結(jié)合成混合裝置,讓太陽能板成為電池的一部份,電能就能直接存于電池中。
俄亥俄州州立大學(xué)化學(xué)與生化系武毅英教授(YiyingWu)帶領(lǐng)的團隊相信這項裝置能使成本降低四分之一,改善長久存在的太陽能儲存效能問題。一般的太陽能電池,只有80%的電子能從太陽能板移動到電池;有了這項新設(shè)計,光能直接在電池內(nèi)部轉(zhuǎn)換為電子,儲存效能近乎百分之百。
藉由光和空氣便可自行充電的太陽能電池:負(fù)責(zé)捕捉光能的二氧化鈦柱和覆蓋于上方的網(wǎng)狀態(tài)金屬,可允許空氣從孔隙中流入電池。
太陽能電池在吸入空氣時放電,呼出空氣時充電
太陽能電池(SolarCell)是利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片,薄片吸收光能之時,電子脫離原子核束縛而被激發(fā)成自由電子,形成電流與電壓。但我們俗稱的太陽能電池實際上是芯片組,并不具備儲電的能力,因此需要接上蓄電池,將電能儲存。
俄亥俄大學(xué)研發(fā)的新的太陽能電池則將太陽能芯片與充電電池結(jié)合。光會進入網(wǎng)狀太陽能板中創(chuàng)造電子,氧氣則通過網(wǎng)狀孔洞進出電池內(nèi)部。電池里的電子參與過氧化鋰的化學(xué)分解時釋出鋰離子與氧氣,其中氧氣經(jīng)孔洞釋放到空氣中,而鋰離子儲存在電池中、準(zhǔn)備之后捕捉電子形成鋰金屬。電池放電時,化學(xué)反應(yīng)則使鋰金屬與氧氣反應(yīng),消耗氧氣形成過氧化鋰。
設(shè)計讓電池「呼吸」的麻煩在于太陽能板通常是實心的半導(dǎo)體版,會阻隔空氣進入電池。因此,研究團隊以網(wǎng)狀鈦金屬制成「滲透性網(wǎng)狀太陽能板」,并于板上植上葉片狀的二氧化鈦柱。讓二氧化鈦柱在捕捉光的時候,同時也能讓空氣從孔隙中流入。