Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha desarrollado una batería fotográfica económica, liviana y sin plomo que tiene funciones duales para recolectar energía solar y almacenar energía en un solo dispositivo.
En teoría, las baterías fotográficas deberían permitir una mayor eficiencia de almacenamiento de energía y densidad de energía, al tiempo que disminuyen las pérdidas óhmicas, relajan los requisitos de empaque y, por lo tanto, reducen el peso, el volumen y el costo del sistema. En realidad, sin embargo, la interfaz deficiente entre los materiales tiende a crear problemas con el transporte de carga, lo que reduce en gran medida la eficiencia en comparación con el sistema simple de una celda solar conectada a una batería externa.
Para hacer frente a estos desafíos, el equipo de HKUST dirigido por Jonathan Eugene Halpert decidió ampliar la utilidad de la perovskita, que ha tenido aplicaciones en células solares y, más recientemente, en baterías.
En detalle, el equipo desarrolló un haluro de perovskita que actúa como un fotoelectrodo que puede recolectar energía bajo iluminación sin la ayuda de una carga externa en una batería de iones de litio. Esto está en marcado contraste con su contraparte existente, ya que no contiene plomo, por lo tanto, tiene una mayor estabilidad en el aire y está libre de problemas de envenenamiento por metales.
Para su investigación, el equipo reemplazó el plomo con bismuto, un elemento no tóxico, formando así un material cristalino fuertemente absorbente de luz.
La fotobatería tiene un mecanismo similar a una batería común excepto que no necesita corriente para cargarse eléctricamente pero puede cargarse fotoeléctricamente bajo la luz del sol
En un artículo publicado en la revista Nano Letters1021, el grupo explica que la batería de iones de litio funciona al permitir que los electrones pasen de un estado de alta energía a uno más bajo mientras realizan trabajo en un circuito externo. La batería fotográfica, por otro lado, tiene un mecanismo similar a una batería ordinaria, excepto que no necesita ser alimentada con corriente o enchufada a la pared para cargarse eléctricamente, pero puede cargarse fotoeléctricamente bajo la luz del sol.
El material activo es la perovskita que, al ser expuesta a la luz, absorbe un fotón y genera un par de cargas, conocidas como electrón y hueco.
Para respaldar su propuesta, el equipo realizó experimentos de cronoamperometría bajo la luz y en la oscuridad para analizar el aumento en la corriente de carga causado por la luz; registraron una tasa de eficiencia de conversión de fotos de 0.% en la fotocarga de la batería después de la primera descarga.
“Actualmente, enchufamos todos nuestros electrodomésticos a la pared para cargarlos. Con un mayor desarrollo en este campo de las baterías fotográficas, es posible que no tengamos que enchufarlas en el futuro”, dijo Halpert en un comunicado de prensa.
“Podríamos ser capaces de recolectar energía solar y usarla para cumplir con los requisitos de energía de cualquier dispositivo con necesidades de energía modestas. Nuestro trabajo es uno de los primeros pasos dados en este campo y, por supuesto, se necesitarán muchas mejoras para lograr un mejor rendimiento, pero confiamos en que podemos mejorar su estabilidad y eficiencia promedio con más refinamiento”.
Según Halpert, la batería fotográfica del laboratorio puede servir como batería integrada para dispositivos como teléfonos inteligentes o tabletas, e incluso aplicaciones remotas de almacenamiento de energía.
Los siguientes pasos son, entonces, experimentar con diferentes materiales para un mejor rendimiento y eficiencia, de manera que la fotobatería pueda ser comercializada en el mercado.
