Un team di ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) ha sviluppato un economico, leggero, e foto-batteria atossica (senza piombo) che ha una doppia funzione nella raccolta dell'energia solare e nell'immagazzinamento di energia su un singolo dispositivo, che consente di caricare una batteria sotto il sole, senza dover collegare il dispositivo alla parete.

La crescente domanda di fonti energetiche sostenibili ha stimolato un'ondata di interesse per l'energia solare e lo sviluppo di dispositivi di accumulo per essa. Uno di questi dispositivi, la foto-batteria, è in grado sia di generare che di immagazzinare energia in un'unica architettura di dispositivo. In teoria, questo progetto dovrebbe consentire una maggiore efficienza di stoccaggio dell'energia e densità di energia, diminuendo le perdite ohmiche, rilassando i requisiti di imballaggio e riducendo così il peso, la maggior parte, e il costo del sistema. In realtà, però, la scarsa interfaccia tra i materiali tende a creare problemi di trasporto di carica, riducendo notevolmente l'efficienza rispetto al semplice sistema di una cella solare collegata a una batteria esterna.

Un team guidato dal Prof. Jonathan Eugene HALPERT, Professore assistente del Dipartimento di Chimica dell'HKUST, ha compiuto progressi verso lo sviluppo di fotobatterie più efficienti espandendo l'utilità di una classe di materiali nota come perovskite, che ha avuto applicazioni nelle celle solari e, più recentemente, nelle batterie. L'alogenuro di perovskite sviluppato dal team agisce come un fotoelettrodo in grado di raccogliere energia sotto illuminazione senza l'assistenza di un carico esterno in una batteria agli ioni di litio, ed è in netto contrasto con la sua controparte esistente perché non contiene piombo, quindi ha una maggiore stabilità nell'aria ed è esente dai problemi di avvelenamento da piombo. Per la loro ricerca, la squadra ha sostituito il piombo con il bismuto (Bi), un elemento non tossico, e formando un materiale cristallino che assorbe fortemente la luce.

La batteria agli ioni di litio funziona permettendo agli elettroni di passare da uno stato ad alta energia ad uno più basso, mentre si lavora in un circuito esterno. La fotobatteria ha un meccanismo simile a una normale batteria, tranne per il fatto che non è necessario alimentarla o collegarla al muro per essere caricata elettricamente, ma può essere caricato fotoelettricamente sotto il sole. Il materiale attivo di questa nuova batteria è la perovskite senza piombo che, quando messo sotto luce, assorbe un fotone e genera una coppia di cariche, noto come un elettrone e una lacuna. Il team ha condotto esperimenti di cronoamperometria alla luce e al buio per analizzare l'aumento della corrente di carica causato dalla luce, e ha registrato un tasso di efficienza di fotoconversione dello 0,428% sulla fotocarica della batteria dopo la prima scarica. Il prossimo passo del team è sperimentare materiali diversi per migliori prestazioni ed efficienza, in modo che la fotobatteria possa essere commercializzata sul mercato.

"Attualmente, colleghiamo tutti i nostri elettrodomestici al muro per caricarli. Con l'ulteriore sviluppo in questo campo delle fotobatterie, potremmo non doverli collegare affatto in futuro, " ha affermato il prof. Halpert. "Potremmo essere in grado di raccogliere l'energia solare e utilizzarla per soddisfare i requisiti di alimentazione di qualsiasi dispositivo con esigenze di alimentazione modeste. Il nostro lavoro è uno dei primi passi compiuti in questo campo, e, Certo, saranno necessari molti miglioramenti per ottenere prestazioni migliori, ma siamo fiduciosi di poter migliorare la sua stabilità e l'efficienza media con un ulteriore perfezionamento."

Questa fotobatteria può fungere da batteria integrata per dispositivi come smartphone o tablet, e persino applicazioni di accumulo di energia a distanza, che può essere reso facile con queste fotobatterie perché sono leggere e portatili. Dovrebbe anche aiutare a ridurre i costi di produzione rispetto a un sistema costituito da una cella solare più una batteria esterna poiché è necessaria solo la parte della batteria.

Questo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Nano lettere .