Zespół z University College London opracował materiał krystaliczny o rekordowej wydajności w wychwytywaniu sztucznego oświetlenia, który może zasilać klawiatury, piloty i czujniki domowe bez użycia baterii jednorazowych.
Profesor nadzwyczajny Mojtaba Abdi-Jalebi. Ogniwa słoneczne z perowskitu mogą wyeliminować zużywalne baterie w domu.
Możliwość rezygnacji z baterii jednorazowych w urządzeniach domowych staje się coraz bardziej realna dzięki postępom osiągniętym przez naukowców z University College London (UCL). Zespół kierowany przez Mojtaba Abdi-Jalebi opracował ogniwa słoneczne z perowskitu, które są w stanie wytwarzać energię elektryczną z wewnętrznego światła LED, osiągając rekordową wydajność, która może zrewolucjonizować zasilanie urządzeń elektronicznych o niskim zużyciu energii.
Według badań opublikowanych w czasopiśmie Advanced Functional Materials, odkrycie to otwiera drzwi do nowej ery, w której klawiatury, piloty, czujniki i inne urządzenia będą działać wyłącznie w świetle otoczenia, eliminując konieczność ciągłej wymiany baterii.
Technologia perowskitu: wydajność w świetle wewnętrznym
Istotą tego przełomu jest technologia perowskitu, krystalicznego materiału, którego skład można modyfikować w celu wychwytywania długości fal emitowanych przez sztuczne oświetlenie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych paneli słonecznych, które są mało skuteczne w słabym świetle, ogniwa zaprojektowane przez zespół UCL wykorzystują energię dostępną w zamkniętych pomieszczeniach.
Nowa technologia umożliwiłaby zasilanie klawiatur, pilotów i czujników wyłącznie światłem otoczenia
DW podkreśla, że podejście to stanowi innowacyjne rozwiązanie w obliczu niezrównoważonej zależności od baterii jednorazowych, zwłaszcza w kontekście rozwoju Internetu rzeczy, który wymaga coraz więcej energii dla małych urządzeń.
Mojtaba Abdi-Jalebi, profesor nadzwyczajny w Instytucie Odkrywania Materiałów UCL, podkreślił: „Miliardy urządzeń wymagających niewielkich ilości energii są uzależnione od wymiany baterii, co jest praktyką niezrównoważoną. Liczba ta będzie rosnąć wraz z rozwojem Internetu rzeczy”.
Może Cię zainteresować: Czy Ziemia bije? Puls sejsmiczny, który powtarza się co 26 sekund od 60 lat, wprawia naukowców w zakłopotanie
Badacz stwierdził, że perowskit wyróżnia się niskim kosztem i prostotą produkcji, co ułatwiłoby jego masowe wdrożenie.
Testy laboratoryjne wykazują, że ogniwa zachowują 76% swojej wydajności po 300 godzinach intensywnego użytkowania
Pokonywanie wad i wyniki laboratoryjne
Opracowanie tych ogniw słonecznych nie było łatwe. Jedną z głównych przeszkód, z jakimi borykali się naukowcy, była obecność niedoskonałości, zwanych „pułapkami”, które zakłócały przepływ energii elektrycznej i przyspieszały zużycie materiału.
Aby to sobie wyobrazić, można pomyśleć o tych „pułapkach” jak o dziurach lub pęknięciach w drodze, po której musi przepływać energia. Jeśli jest zbyt wiele dziur, samochody – w tym przypadku elektrony – nie mogą jechać dalej, a droga ulega szybszemu zużyciu.
Aby rozwiązać ten problem, zespół zastosował rodzaj „naprawy dróg”: najpierw dodał chlorek rubidu, co pozwoliło na bardziej równomierny i jednolity wzrost elementów materiału. Następnie dodał dwie specjalne sole amonu, które pomogły utrzymać stabilność „drogi”, zapobiegając rozdzielaniu się jej elementów.
Innowacja ta może zmienić zarządzanie energią w gospodarstwie domowym i zmniejszyć wpływ baterii na środowisko.
Siming Huang, doktorant i główny autor badania, porównał wynik do wypieków: „Ogniwo słoneczne z tymi niewielkimi wadami jest jak ciasto pokrojone na kawałki. Dzięki połączeniu różnych strategii udało nam się ponownie złożyć to ciasto”. Oznacza to, że udało im się zrekonstruować materiał tak, aby był zwarty i wydajny, umożliwiając swobodny przepływ energii elektrycznej.
Testy laboratoryjne potwierdziły skuteczność tych działań. Nowe ogniwa słoneczne z perowskitu przekształciły 37,6% światła wewnętrznego (przy natężeniu 1000 luksów, podobnym do oświetlenia w nowoczesnym biurze) w energię elektryczną, co stanowi światowy rekord dla tego typu warunków. Aby ocenić skalę tego postępu, wydajność ta jest sześciokrotnie wyższa od najlepszych ogniw słonecznych do użytku wewnętrznego dostępnych obecnie na rynku.
Ponadto trwałość materiału została również przetestowana w trudnych warunkach: po 300 godzinach ciągłej ekspozycji na silne światło i wysokie temperatury (55℃ lub 131℉) ogniwa zachowały 76% swojej pierwotnej wydajności, podczas gdy tradycyjne modele zachowały tylko 47%.
Doktorant Siming Huang i profesor nadzwyczajny Mojtaba Abdi-Jalebi pozują obok paneli ogniw słonecznych, które zoptymalizowali pod kątem wychwytywania światła wewnętrznego.
Chociaż testy te zostały przeprowadzone w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych i nie odzwierciedlają dokładnie codziennego użytkowania, pokazują one znaczący postęp w zakresie wytrzymałości i żywotności tego nowego typu ogniw słonecznych. To tak, jakby po naprawie ulica znacznie lepiej znosiła ruch uliczny i niekorzystne warunki pogodowe.
Potencjał i przyszłość technologii
Potencjał tej technologii jest ogromny. Według DW, może ona zasilać różne urządzenia domowe, takie jak klawiatury, piloty, alarmy i czujniki bezprzewodowe, działając wyłącznie w świetle otoczenia. Do jej zalet należą niski koszt, wykorzystanie materiałów dostępnych w dużych ilościach oraz możliwość produkcji tak prostej, jak drukowanie gazet.
Zespół UCL prowadzi obecnie rozmowy z partnerami przemysłowymi w celu zbadania możliwości produkcji na dużą skalę i komercjalizacji tej technologii. Jeśli inicjatywy te zakończą się sukcesem, włączenie ogniw słonecznych z perowskitu do urządzeń codziennego użytku może zrewolucjonizować zarządzanie energią w domu i znacznie ograniczyć zużycie baterii jednorazowych, co będzie miało bezpośredni wpływ na ochronę środowiska. Połączenie rekordowej wydajności, stabilności i łatwości produkcji sprawia, że innowacja ta jest jedną z najbardziej obiecujących dla przyszłości elektroniki domowej.
