Создан прозрачный аккумулятор, перезаряжающийся от солнечной энергии

Группа исследователей из Японии продемонстрировала прототип прозрачной литий-ионной батареи, которая перезаряжается за счет использования солнечной энергии. Ученые планируют использовать технологию для создания так называемого «умного окна», способного затемняться под действием солнечного света, вырабатывая энергию.

Первые прозрачные гибкие литий-ионные аккумуляторы были продемонстрированы 2011 году учеными из Стэнфордского университета. Они использовали сетчатые электроды, толщина «линий» сетки которых была ниже разрешающей способности человеческого глаза и составляла 35 микрон. Поскольку отдельные линии сетки очень тонки, свет в таких батареях проходит через прозрачные промежутки сетки, и вся площадь кажется прозрачной. Для увеличения емкости полученных батарей множество слоев электродов были совмещены между собой без потери прозрачности конечного устройства.

Японская группа в 2013 году представила новый полупрозрачный литий-ионный аккумулятор, анод которого состоял из Li₃Fe₂(PO₄)₃ (LFP), а катод – из Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) и LiPF₆ (lithium hexafluorophosphate). Подобные материалы обычно используются для создания стандартных литий-ионных аккумуляторов, однако в данном случае толщина катода и анода составляла 90 и 80 нанометров соответственно, что и обеспечило прозрачность устройства для видимого света.

Светопропускание аккумулятором зеленого света (длина волны 550 нм) составляет приблизительно 60 процентов в разряженном состоянии. Оно снижается до 30% в результате процессов перераспределения лития и изменения степеней окисления элементов электродов, которые протекают в результате подзарядки. Выходное напряжение исследованного аккумулятора составляет 3,6 В, группа протестировала устройство в ходе 20 циклов зарядки-разрядки.

Последняя представленная модификация аккумулятора отличается от предыдущей. Материалы электродов были изменены таким образом, что свет, улавливаемый катодом, способен возбуждать в нем электроны, что приводит к перераспределению зарядов и подзарядке аккумулятора. На выставке группа показала результаты эксперимента, в котором пятикратная оптическая зарядка-разрядка аккумулятора проводилась с применением ультрафиолетового света. Конечная мощность «солнечного аккумулятора» составила 10 милливатт на квадратный сантиметр, что примерно соответствует 1/10 от всей мощности дневного солнечного света, излучаемой на данную площадь.

Команда полагает, что однажды их прозрачные солнечные аккумуляторы могут быть использованы в качестве «умных» окон для офисов и домов, однако не только как регуляторы освещенности помещений, но и для выработки электроэнергии.