Londonas Universitātes koledžas komanda izstrādāja kristālisku materiālu ar rekordaugstu efektivitāti mākslīgā apgaismojuma uztveršanā, kas varētu nodrošināt ar enerģiju klaviatūras, vadības pultis un sensori mājās bez vienreizlietojamām baterijām
Asociētais profesors Mojtaba Abdi-Jalebi. Perovskīta saules baterijas varētu izskaust vienreizlietojamās baterijas mājās.
Iespēja atteikties no vienreizlietojamajām baterijām mājsaimniecības ierīcēs kļūst arvien reālāka, pateicoties Londonas Universitātes koledžas (UCL) pētnieku sasniegumiem. Mojtaba Abdi-Jalebi vadītā komanda izstrādāja perovskīta saules baterijas, kas spēj ģenerēt elektrību no iekštelpu LED gaismas, sasniedzot rekordaugstu efektivitāti, kas varētu pārveidot zema enerģijas patēriņa elektronisko ierīču barošanu.
Saskaņā ar pētījumu, kas publicēts žurnālā Advanced Functional Materials, šis sasniegums paver ceļu uz jaunu ēru, kurā tastatūras, tālvadības pultis, sensori un citas ierīces darbosies tikai ar vides gaismu, novēršot nepieciešamību pastāvīgi mainīt baterijas.
Perovskīta tehnoloģija: efektivitāte iekštelpu apgaismojumā
Šī sasnieguma pamatā ir perovskīta tehnoloģija, kristālisks materiāls, kura sastāvu var mainīt, lai uztvertu mākslīgā apgaismojuma izstarotās viļņu garumus. Atšķirībā no parastajiem saules paneļiem, kas ir mazefektīvi vājā apgaismojumā, šīs UCL komandas izstrādātās šūnas spēj izmantot enerģiju, kas pieejama slēgtās telpās.
Jaunā tehnoloģija ļautu barot tastatūras, tālvadības pultis un sensorus, izmantojot tikai apkārtējās vides gaismu.
DW uzsver, ka šī pieeja ir novatorisks risinājums, ņemot vērā neilgtspējīgo atkarību no vienreizlietojamām baterijām, it īpaši saistībā ar lietu interneta attīstību, kas prasa arvien vairāk enerģijas maziem ierīcēm.
Mojtaba Abdi-Jalebi, UCL Materiālu atklājumu institūta asociētais profesors, uzsvēra: “Miljardi ierīču, kurām nepieciešams neliels enerģijas daudzums, ir atkarīgas no bateriju nomaiņas, kas ir neilgtspējīga prakse. Šis skaits pieaugs, paplašinoties lietu internetam”.
Pētnieks apgalvoja, ka perovskīts izceļas ar zemām izmaksām un vienkāršu ražošanu, kas veicinātu tā masveida ieviešanu.
Laboratorijas testi liecina, ka šīs šūnas saglabā 76 % no savas jaudas pēc 300 stundām intensīvas lietošanas.
Trūkumu pārvarēšana un laboratorijas rezultāti
Šo saules bateriju izstrāde nebija vienkārša. Viens no galvenajiem šķēršļiem, ar ko saskārās zinātnieki, bija nepilnības, sauktas par “slazdiem”, kas pārtrauca elektrības plūsmu un paātrināja materiāla nolietošanos.
Lai to iedomātos, var uzskatīt šīs „loksnes” par bedrēm vai plaisām ceļā, pa kuru jāplūst enerģijai. Ja bedru ir pārāk daudz, automašīnas — šajā gadījumā elektroni — nevar virzīties uz priekšu, un ceļš ātrāk nolietojas.
Lai atrisinātu šo problēmu, komanda veica sava veida „ceļa remontu”: vispirms pievienoja rubīdija hlorīdu, kas ļāva materiāla daļām augt vienmērīgāk un vienādi. Pēc tam pievienoja divus īpašus amonija sāļus, kas palīdzēja uzturēt „ielu” stabilu, neļaujot tās sastāvdaļām atdalīties.
Šī inovācija varētu pārveidot enerģijas pārvaldību mājās un samazināt bateriju ietekmi uz vidi.
Siming Huang, doktorants un galvenais pētījuma autors, salīdzināja rezultātu ar konditorejas izstrādājumiem: „Saules elements ar šiem nelielajiem defektiem ir kā uz gabaliņiem sagriezta kūka. Izmantojot dažādas stratēģijas, mēs esam atkal salikuši šo kūku kopā”. Tas nozīmē, ka viņi izdevās rekonstruēt materiālu, lai tas būtu kompakts un efektīvs, ļaujot elektrībai “plūst” bez šķēršļiem.
Laboratorijas testi apstiprināja šo pasākumu veiksmīgumu. Jaunās perovskīta saules baterijas spēja pārvērst 37,6 % iekštelpu gaismas (1000 luksos, kas atbilst modernas biroja apgaismojumam) elektrībā, kas ir pasaules rekords šāda veida apstākļos. Lai novērtētu šo sasniegumu, šī efektivitāte ir sešas reizes augstāka nekā labākajām pašlaik pieejamajām iekštelpu saules baterijām.
Turklāt materiāla izturība tika pārbaudīta arī sarežģītos apstākļos: pēc 300 stundām nepārtrauktas pakļaušanas spēcīgai gaismai un augstām temperatūrām (55 ℃ vai 131 ℉) šūnas saglabāja 76 % no sākotnējās jaudas, kamēr tradicionālie modeļi saglabāja tikai 47 %.
Doktorants Siming Huang un asociētais profesors Mojtaba Abdi-Jalebi pozē pie saules bateriju paneļiem, kurus viņi optimizēja, lai uztvertu iekštelpu gaismu.
Lai gan šie testi tika veikti kontrolētā laboratorijas vidē un neatspoguļo precīzi ikdienas lietošanu, tie liecina par ievērojamu progresu šī jaunā tipa saules bateriju izturībā un kalpošanas ilgumā. Tas ir tāpat kā pēc ielas remonta tā daudz labāk izturētu satiksmi un nelabvēlīgus laika apstākļus.
Tehnoloģijas potenciāls un nākotne
Šīs tehnoloģijas potenciāls ir plašs. Saskaņā ar DW, tā varētu barot dažādus mājsaimniecības ierīces, piemēram, tastatūras, tālvadības pultis, signalizācijas un bezvadu sensorus, darbojoties tikai ar vides gaismu. Tās priekšrocības ir zemas izmaksas, plaši pieejamu materiālu izmantošana un iespēja ražošanas procesu padarīt tikpat vienkāršu kā avīžu drukāšanu.
UCL komanda pašlaik risina sarunas ar rūpniecības partneriem, lai izpētītu šīs tehnoloģijas ražošanu lielā apjomā un tirdzniecību. Ja šīs iniciatīvas būs veiksmīgas, perovskīta saules bateriju integrēšana ikdienas ierīcēs varētu pārveidot enerģijas pārvaldību mājās un ievērojami samazināt vienreizlietojamo bateriju izmantošanu, kas tieši ietekmētu vides aizsardzību. Rekordaugsta efektivitāte, stabilitāte un viegla ražošana padara šo inovāciju par vienu no daudzsološākajām nākotnes mājsaimniecības elektronikas jomā.
