Bedarf an neuartigen photovoltaischen Geräten wächst sehr schnell
Der in letzter Zeit gestiegene Bedarf an Technologien zur Umwandlung und Speicherung von elektrischer Energie fand in der Forschung große Beachtung. Infolgedessen sind kostengünstige, hochleistungsfähige und selbstaufladende Batteriesysteme für den schnell wachsenden Markt der elektronischen Geräte sehr gefragt, so Scientific Reports am 26.12.2022. Gleichzeitig ist die Nutzung von erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenlicht, Wind, Wasser, Biomasse, Erdwärme usw. ebenso wichtig und wird für die umweltfreundliche Energieerzeugung in großem Maßstab dringend benötigt.
Eine der ältesten Solar-Einrichtungen: Siemens-Interatom-PV-Modul, fast 40 Jahre alt – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Die Leistung von farbstoffsensitiven Photovoltaiksystemen mit zunehmenden Eigenschaften ist ein wesentlicher Bestandteil der gesamten globalen menschlichen Aktivität. Diese Arten von lichtempfindlichen Zellen sind auch ein sehr guter Ersatz für die natürlichen fossilen Brennstoffe (Erdöl, Kohle usw.). Lithium-Ionen-/Natrium-Ionen-Batterien und auch verschiedene Arten von wiederaufladbaren Batterien sind in letzter Zeit in der Elektronik- und Telekommunikationsbranche sehr bekannt geworden. Obwohl die Forschungsarbeiten zu verschiedenen photovoltaischen Geräten rasch voranschreiten, sind fortschrittliche Arten von auf polymeren Nanopartikeln basierenden photoaufladbaren Stromversorgungseinheiten mit zunehmender Fähigkeit zur Umwandlung elektrischer Energie noch immer begrenzt. Daher wächst der Bedarf an neuartigen photovoltaischen Geräten sehr schnell und wird zu einem wichtigen Thema für das Forschungsfeld bis heute.
In diesem Projekt wurde auf nachhaltige Weise eine elektroaktive, polymerbasierte, photoinduzierte Hybrid-Energiezelle unter Verwendung von CTAB/PVDF-Verbundfolien entwickelt. Zunächst wurde ein hochdielektrischer Polymerfilm durch Dotierung von CTAB in einer PVDF-Matrix im Lösungsgussverfahren hergestellt. In der Grundkonfiguration dieser Hybridzelle wurde eine wässrige Elektrolytlösung aus PVA-MnO2-Eosin Y als Solarlichtabsorber und Photoelektronengenerator verwendet, während die hochdielektrische CTAB/PVDF (~ 400) als dielektrischer Separator und Speicherteil auf sehr transparente Weise eingesetzt wird. Die Zelle zeigt eine maximale Spannung von ?1,1 V mit einer Kurzschlussstromdichte von ~7,83 mA/cm2 bei normaler Beleuchtung von ~ 110 mW/cm2. Das Gerät zeigt über einen langen Zeitraum (30 Tage) fast die gleiche Leistung. Die hohe Speicherwirkung der Hybridzelle wird durch ihren vielversprechenden Umwandlungswirkungsgrad ?4,48 % mit einer Energiedichte und Leistungsdichte von ?26,9 mWh/m2 bzw. ?5,5 W/m2 untersucht.
Zhang et al. berichteten bereits über ein photo-aufladbares System auf der Basis von Poly(vinylidenfluorid) (PVDF) mit einer gespeicherten Energiedichte von 1,4 mWh kg-15. Ma et al., Guo et al. und Miyasaka et al. beschrieben ebenfalls verschiedene Arten von photovoltaischen Systemen auf Farbstoffbasis, selbstaufladende Fotokondensatoren usw.. Hochdielektrische Polymer-Dünnfilme auf der Basis anorganisch-organischer Farbstoff-empfindlicher photovoltaischer Vorrichtungen vom Typ Powerbank wurden ebenfalls in unseren früheren Arbeiten beschrieben.
PVDF, ([-CH2-CF2-]n) ist eines der beliebtesten Polymere in der Forschung und sehr attraktiv für die Forscher, weil es leicht, kostengünstig, flexibel und nicht schädlich ist. Diese Eigenschaften sind so wichtig für die verschiedenen Anwendungsbereiche wie piezoelektrische Nanogeneratoren, Kondensatoren, Dünnschichttransistoren, Gitterausgleich, Schienenfahrten, nichtflüchtige Speicher, Sensoren, Aktoren, biomedizinische Bereiche und auch photovoltaische Systeme. ?, ?, ?, ? und ? sind die fünf Phasen, die im teilkristallinen PVDF existieren. Die trans (TTTT) planare Zickzack-Konformation mit der orthorhombischen Einheitszellenmatrix macht die ?-Phase zur elektroaktivsten Phase, die piezoelektrische, pyroelektrische und dielektrische Eigenschaften aufweist. Daher ist in erster Linie die Verbesserung der ?-Phase in der PVDF-Matrix sehr wichtig, um den Wert der Dielektrizitätskonstante zu erhöhen und es zu einer geeigneten Wahl für die Anwendung bei der Herstellung von photovoltaischen Geräten zu machen.
In unserer vorliegenden Arbeit haben wir zur Entwicklung des photovoltaischen Energiespeichers (PESD) zunächst die Cetrimoniumbromid (CTAB)/PVDF-Verbunddünnschicht durch eine einfache Lösungsgießmethode synthetisiert. Dann wurde der Solarteil, d.h. MnO2/Eosin Y, in den hochdielektrischen CTAB/PVDF-Verbundstoff integriert. Hier wurde negativ geladenes CTAB für die Entwicklung der dielektrischen Eigenschaft sowie der kristallinen polaren Struktur der PVDF-Matrix gewählt.
CTAB ist ein Ammonium-Tensid und ein gutes antibakterielles und antifungales Mittel. CTAB hat verschiedene Anwendungen im Bereich der Synthese von Nanopartikeln (Gold, Siliziumdioxid usw.), der medizinischen und biologischen Wissenschaft und ist aufgrund seiner günstigen Verfügbarkeit, seiner Umweltstabilität und seiner hohen Adsorptions- und Ionenaustauschfähigkeit ein sehr guter Bestandteil vieler Haushalts- und Kosmetikprodukte. Hier wird CTAB zu einer reinen PVDF-Matrix hinzugefügt, um eine dotierte PCTAB-Folie mit gutem dielektrischen Wert herzustellen. Diese hochdielektrische CTAB/PVDF-Folie wird zusammen mit einer Lösung aus MnO2-NP, Eosin Y und PVA zur Herstellung des photovoltaischen Systems PESD verwendet. Obwohl die ionenbasierte Batterietechnologie heute im täglichen Leben der Menschen sehr aktiv ist, gibt es immer noch einige Einschränkungen in Bezug auf Leistung und Anwendung….
->Quelle und vollständigen Artikel lesen:
Originalpublikation: Sanoar Molla, Farha Khatun, Ujjwal Rajak, Biswajoy Bagchi, Sukhen Das & Pradip Thakur: Electroactive CTAB/PVDF composite film based photo-rechargeable hybrid power cell for clean energy generation and storage, in: Scientific Reports volume 12, Article number: 22350 ( 26.12.2022), nature.com/articles/s41598-022-26865-w – Open Access