¿Hacia una nueva generación de baterías solares?

Las baterías convencionales, como las de iones de litio, necesitan recargarse desde una fuente de electricidad una vez que se ha agotado la energía almacenada. Con el fin de promover un mayor uso de las energías limpias, muchos científicos han estado explorando modos directos y limpios de recargar las baterías, por ejemplo dotándolas de células solares.

Recientemente, un equipo integrado, entre otros, por Amar Kumar y Tharangattu N. Narayanan, ambos del Instituto Tata de Investigación Fundamental en la India, ha creado una batería compacta de iones de litio con materiales fotosensibles que puede recargarse directamente con la luz del Sol.

Los primeros esfuerzos encaminados a usar energía solar para recargar baterías se basaron en el uso de células fotovoltaicas y baterías como entidades separadas. En los sistemas con este enfoque tradicional, la energía solar es convertida por las células fotovoltaicas en energía eléctrica que, a su vez, se almacena como energía química en las baterías. La energía almacenada en estas baterías se utiliza entonces para generar la electricidad requerida por los dispositivos a energizar. Estos pasos, por ejemplo el que se da desde la célula fotovoltaica hasta la batería, conllevan pérdidas de energía. Para minimizar dichas pérdidas, una opción que ha sido investigada es la de usar componentes fotosensibles dentro de la propia batería. Últimamente, se ha avanzado mucho en la integración de componentes fotosensibles dentro de una batería, lo que ha dado lugar a la creación de baterías solares más compactas que las primeras.

Aunque su diseño ha mejorado, las baterías solares existentes siguen teniendo algunos inconvenientes. Algunas de estas desventajas asociadas a los distintos tipos de baterías solares son: menor capacidad para aprovechar la energía solar en cantidad suficiente, uso de electrolitos orgánicos que pueden corroer el componente orgánico fotosensible dentro de una batería, y formación de productos secundarios que dificultan el rendimiento sostenido de la batería a largo plazo.

Kumar y sus colegas decidieron explorar nuevos materiales fotosensibles que también pudieran incorporar litio y construir una batería solar a prueba de fugas y que funcionara eficazmente en condiciones ambientales como las del mundo real.

Prueba de recarga de la nueva batería solar usando un LED verde de baja potencia. (Foto: Amar Kumar / T. N. Narayanan)

Las baterías solares que tienen dos electrodos suelen incluir en uno de los electrodos un tinte fotosensible mezclado físicamente con un componente estabilizador que ayuda a impulsar el flujo de electrones a través de la batería. Un electrodo que es una mezcla física de dos materiales tiene limitaciones en el uso óptimo de su superficie. Para evitarlo, los investigadores crearon una heteroestructura de disulfuro de molibdeno fotosensible (MoS2) y óxido de molibdeno (MoOx) para que funcionara como electrodo único. Al ser una heteroestructura en la que el disulfuro de molibdeno y el óxido de molibdeno se han fusionado mediante una técnica de deposición química de vapor, este electrodo permite una mayor superficie de absorción de la energía solar. Cuando los rayos de luz inciden en el electrodo, el disulfuro de molibdeno fotosensible genera electrones y, al mismo tiempo, crea unas vacantes llamadas huecos. El óxido de molibdeno mantiene separados los electrones y los huecos, y transfiere los electrones al circuito de la batería.

Al exponer la nueva batería solar a luz solar simulada, se ha comprobado que funciona bien. Ahora los investigadores comenzarán a perfeccionar la batería para hacerla competitiva.

Kumar y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Small, bajo el título “Photo Rechargeable Li-Ion Batteries Using Nanorod Heterostructure Electrodes”. (Fuente: NCYT de Amazings)