پژوهشگران چینی موفق به ساخت نوعی باتری جریان اکسایشکاهش خورشیدی شدهاند که میتواند بهطور همزمان نور خورشید را دریافت کرده و انرژی را در قالب الکتریسیته ذخیره کند. این سامانه نوآورانه توانسته است تحت نور شبیهسازیشده خورشید به بازده تبدیل خورشیدی به الکتریسیته معادل ۴.۲ درصد دست یابد؛ رقمی که برای سامانههای یکپارچه تولید و ذخیره انرژی خورشیدی قابل توجه محسوب میشود.
این باتری جدید توسط تیمی از دانشمندان دانشگاه فناوری نانجینگ، واقع در استان جیانگسو چین، توسعه داده شده است. رویکرد این گروه تحقیقاتی بر ادغام فرآیند تولید انرژی خورشیدی و ذخیرهسازی آن در قالب یک سامانه الکتروشیمیایی واحد متمرکز بوده؛ سامانهای که برخلاف راهکارهای متداول، به اتصال جداگانه پنل خورشیدی و باتری نیاز ندارد.
در مقایسه با پیکربندیهای مرسوم که در آنها پنلهای فتوولتائیک برق تولیدی را ابتدا به شبکه یا باتری مستقل منتقل میکنند، باتریهای جریان اکسایشکاهش خورشیدی جذب نور و ذخیره انرژی را در یک ساختار واحد انجام میدهند. در طراحی جدید، نور خورشید بهطور مستقیم واکنشهای شیمیایی را در یک الکترولیت در حال گردش فعال میکند و انرژی بدون تبدیل اولیه به برق شبکه، بهصورت شیمیایی ذخیره میشود. این موضوع باعث کاهش مراحل تبدیل انرژی و افزایش کارایی کلی سامانه میشود.
این فناوری در سالهای اخیر بار دیگر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است، زیرا میتواند فرآیند برداشت انرژی خورشیدی را سادهتر کرده و هزینهها و تلفات را کاهش دهد. باتریهای جریان اکسایشکاهش خورشیدی در واقع سلولهای فوتوالکتروشیمیایی مستقلی هستند که هم جذب نور و هم ذخیره انرژی شیمیایی را در یک بستر انجام میدهند.
باتری طراحیشده توسط این تیم بر پایه شیمی آنتراکینون بنا شده؛ گروهی از ترکیبات آلی که به دلیل پایداری و قابلیت ذخیره انرژی، مورد توجه قرار دارند. در این سامانه از جفتهای اکسایشکاهش ۲,۶-DBEAQ و K4[Fe(CN)6] استفاده شده و این مجموعه با یک فوتوالکترود سیلیکون آمورف سهپیوندی ترکیب شده است. این فوتوالکترود از سلولهای تجاری سیلیکون آمورف ساخته شده که به بخشهایی با ابعاد تقریبی ۸ اینچ در ۸ اینچ برش داده شدهاند. ساختار این سلولها شامل پیوندهای آلیاژی سیلیکون-ژرمانیوم است که روی زیرلایه فولاد ضدزنگ نشانده شده و با لایهای از اکسید قلع ایندیوم پوشش یافتهاند.
در این سامانه، فوتوکاتد از طریق یک مدار خارجی به الکترود متقابل از جنس نمد کربنی متصل شده است. هنگام کار، فوتوکاتد در تماس مستقیم با الکترولیت کاتدی حاوی ۲,۶-DBEAQ قرار میگیرد که تحت تابش نور کاهش مییابد. همزمان، الکترولیت آندی شامل K4[Fe(CN)6] در الکترود نمد کربنی اکسید میشود. این دو الکترولیت مایع بهطور پیوسته از مخازن خارجی به درون سلول پمپ میشوند و یک غشای تبادل یونی نافیون از اختلاط آنها جلوگیری کرده و تعادل بار الکتریکی را حفظ میکند.
برای ارزیابی عملکرد باتری، پژوهشگران چرخههای مکرر شارژ و دشارژ را پس از حذف اکسیژن محلول از الکترولیتها با استفاده از گاز آرگون انجام دادند. پیش از آغاز اندازهگیریها، الکترولیتها به مدت ۳۰ دقیقه با آرگون خالصسازی شدند. در مرحله شارژ، سامانه تحت تابش لامپ زنون با شدت ۱۰۰ میلیوات بر سانتیمتر مربع، معادل یک خورشید، تنها با نور و بدون هیچ ورودی الکتریکی خارجی شارژ شد. سپس فرآیند دشارژ با چگالی جریان ۱۰ میلیآمپر بر سانتیمتر مربع انجام گرفت.
نتایج نشان داد که این باتری میتواند در بیش از ۱۰ چرخه شارژ و دشارژ پایدار عمل کند و بازده تبدیل خورشیدی به الکتریسیته خروجی ۴.۲ درصد را حفظ نماید. این دستاورد افقهای تازهای را برای توسعه فناوریهای پیشرفته تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی شیمیایی میگشاید.
