Baterías solares: absolver luz y almacenar energía al mismo tiempo
Escrito por Silvia Márquez Calvente Jueves, 27 Julio 2023 08:43
Alberto Jiménez, Solano el investigador que realizó el estudio junto al equipo del Instituto Max Planck
La colaboración entre la Universidad de Córdoba y el Instituto Max Planck de Investigación del Estado Sólido (Alemania) avanza en el diseño de una batería solar fabricada a partir de un material abundante, no tóxico y de fácil síntesis compuesto por nitruro de carbono 2D
Cerrando la brecha entre las células solares y las baterías: diseño óptico de baterías solares bifuncionales basadas en nitruros de carbono 2D
El esfuerzo de colaboración entre la Universidad de Córdoba y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (Alemania) avanza en el diseño de una batería solar fabricada a partir de un material abundante, no tóxico y de fácil síntesis compuesto por nitruro de carbono 2D La energía solar es en auge. La mejora de la capacidad de la tecnología solar para captar la mayor cantidad posible de luz, convertirla en energía y ponerla a disposición para cubrir las necesidades energéticas es clave en la transición ecológica hacia un uso más sostenible de las fuentes de energía.
En el proceso entre la recolección de luz por la celda solar y el uso de energía bajo demanda de, por ejemplo, electrodomésticos, el almacenamiento juega un papel crucial ya que la disponibilidad de energía solar tiene una intermitencia inherente. Para facilitar este proceso de almacenamiento y hacer frente a problemas como el impacto ambiental de la extracción, el reciclaje o la escasez de algunos de los materiales necesarios para las baterías convencionales (como el litio), nació el concepto de ‘batería solar’. Las baterías solares combinan las células solares que capturan la luz con el almacenamiento de su energía en un solo dispositivo, que luego permite que la energía se use cuando sea necesario.
Alberto Jiménez-Solano, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Córdoba, junto con un equipo del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (Stuttgart, Alemania), ha llevado a cabo un estudio en el que ha explorado las características de diseño de una batería solar fabricada con un material a base de nitruro de carbono 2D. “En el grupo de la profesora Bettina V. Lotsch, del Instituto Max Planck, habían conseguido sintetizar un material capaz de absorber luz y almacenar esa energía para su posterior uso bajo demanda”, explica Alberto Jiménez-Solano, “y se nos ocurrió usarlo para crear una batería solar».
Para hacer esto, el equipo primero tuvo que encontrar una manera de depositar una capa delgada de ese material (nitruro de carbono de potasio 2D, poli(imida de heptazina), K-PHI) creando una estructura estable para comenzar a fabricar un dispositivo fotovoltaico debido al hecho que ese material se encuentra normalmente en forma de polvo o en suspensiones acuosas de nanopartículas. Ese trabajo previo les ha permitido ahora presentar este diseño de batería solar en el que, combinando simulaciones ópticas y experimentos fotoelectroquímicos, son capaces de explicar las características del alto rendimiento de este dispositivo a la hora de captar la luz solar y almacenar energía.
La estructura física del dispositivo consta de “un vidrio de alta transparencia, que tiene una capa conductora transparente (para permitir el transporte de carga), y una serie de capas de materiales semitransparentes (con diferentes funcionalidades), y otra de vidrio conductor que cierra el circuito», describe el investigador.
BATERÍAS SOLARES: UN NUEVO MATERIAL PERMITE ABSORBER LUZ Y ALMACENAR ENERGÍA AL MISMO TIEMPO
Se trata esencialmente de una especie de sándwich formado por varias capas cuyos espesores han sido estudiados para maximizar tanto el nivel de absorción como el de almacenamiento de la luz. En este caso, el sistema que proponen puede absorber la luz por ambas caras al ser semitransparente. Descubrieron que la iluminación trasera tenía ciertas ventajas; algo que lograron dilucidar “al crear un diseño teórico inicial de acuerdo con las restricciones experimentales”, ya que este proyecto de ciencia básica no se quedará solo en el papel, sino que también explorará los límites experimentales, llegando a diseños factibles para estas baterías solares.
Este dispositivo tendría una gran versatilidad, ya que permite obtener tanto una corriente grande y puntual (como la que necesita el flash de fotografía), como una corriente más pequeña, que puede ser sostenida en el tiempo (como la que necesita el flash). un celular).
Este proyecto demuestra el rendimiento de este dispositivo, fabricado a partir de un material inocuo, abundante, sostenible con el medio ambiente (extraído de la urea) y fácil de sintetizar.
Los próximos pasos pasan por seguir estudiando su funcionamiento en diversas situaciones fuera del laboratorio, y adaptarlo a las diferentes posibilidades y necesidades de fabricación. Referencia: Gouder, Andreas & Yao, Liang & Wang, Yang & Podjaski, Filip & Rabinovich, Ksenia & Jiménez-Solano, Alberto & Lotsch, Bettina. (2023). Cerrando la brecha entre las células solares y las baterías: diseño óptico de baterías solares bifuncionales basadas en nitruros de carbono 2D. Materiales energéticos avanzados. 13. 10.1002