Progresso nas baterias solares, híbridos de painel solar e baterias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/12/2021

Esquema do processo de carga da bateria solar.
[Imagem: Amar Kumar/T. N. Narayanan]

Bateria solar

As tentativas para driblar a intermitência da energia solar têm consistido em canalizar a eletricidade dos painéis solares para baterias, ou seja, células solares e baterias são vistas como entidades separadas.

Mas isso tem um inconveniente: Esta retransmissão da energia de um componente para o outro - a eletricidade da célula fotovoltaica para o armazenamento químico da bateria - gera perda de energia.

Para evitar a perda de energia, os pesquisadores e engenheiros têm adotado uma tática diferente: Usar componentes fotovoltaicos dentro da própria bateria. E tem havido um progresso substancial na integração dos componentes fotossensíveis dentro das baterias, resultando na formação de baterias solares mais compactas.

É claro que tem havido desafios também nessa nova rota. As baterias solares ainda têm algumas desvantagens, incluindo a perda da capacidade de aproveitar energia solar ao longo do tempo, a corrosão do componente fotovoltaico pelo eletrólito orgânico e a formação de produtos químicos indesejados que prejudicam o desempenho sustentado da bateria solar a longo prazo.

Amar Kumar e seus colegas do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, na Índia, conseguiram agora superar vários desses desafios usando novos materiais fotossensíveis que também podem incorporar lítio, construindo uma bateria solar à prova de vazamentos e que opera de forma eficiente em condições ambientais.

Teste da bateria solar usando luz solar simulada por LEDs.
[Imagem: Amar Kumar/T. N. Narayanan]

Eletrodo de heteroestrutura

As baterias solares tipicamente têm dois eletrodos e incluem um corante fotossensível em um dos eletrodos, fisicamente misturado com um componente estabilizador que ajuda a conduzir o fluxo de elétrons através da bateria. Um eletrodo que é uma mistura física de dois materiais tem limitações no uso ideal de sua área superficial.

Para evitar isso, Kumar criou uma bateria que funciona como um único eletrodo, uma heteroestrutura fotossensível usando bissulfeto de molibdênio (MoS₂) e óxido de molibdênio (MoOx). Sendo uma heteroestrutura, onde o MoS₂ e o MoOx foram fundidos por uma técnica de deposição de vapor químico, este eletrodo permite mais área de superfície para absorver a energia solar.

Quando os raios de luz atingem o eletrodo, a molibdenita fotossensível (MoS₂) gera elétrons e simultaneamente cria cargas positivas, ou lacunas. O MoOx, por sua vez, mantém os elétrons e as lacunas separados e transfere os elétrons para o circuito da bateria.

Esta bateria solar, que foi totalmente montada do zero, funcionou bem, mas a equipe ainda está tentando entender o mecanismo pelo qual MoS₂ e MoOx trabalham em conjunto com o anodo de lítio, resultando na geração de corrente. Entender esse mecanismo será crucial para atingir a geração de níveis ideais de corrente para recarregar totalmente a bateria de íons de lítio.

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