Organic/inorganic hybrid material for energy storage
- Reference number
- IMF11-0060
- Start and end dates
- 110701-130630
- Amount granted
- 100 000 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Dye- sensitised solar cells converting solar energy to electrical energy with the dye chemisorbed on a nanostructured semiconductor oxide layer, usually titanium dioxide, have been intensively investigated during the last 25 years. The subject of the present project is a variant of a DSSC where the electrical energy is stored in supercapacitor layers containing various conducting polymers as charge-storage materials. The type of device of interest will be a two-electrode configuration, in which a charge-storage layer is deposited on top of the dye/oxide layer and with a second charge-storage layer as a counterelectrode. At the photoelectrode hole transfer from the photoxidised dye into the charge-storage polymer material should be optimised. The conducting polymer at the photoelectrode will be generated into the oxide pores by photoelectrochemical deposition, i.e. by hole transfer from photooxidised dye to monomer dispersed in aqueous organized medium. so that optimal contact of the polymer to the oxide-adsorbed dye is achieved. The counterelectrode will be generated by monomer electrodeposition in the same medium at a conductive substrate. Detailed physicochemical studies at the illuminated dye-titanium dioxide-polymer interface will be undertaken. The final aim is the optimisation of the conversion of sunlight-to stored electricity in combination with high stability upon prolonged charge under light – discharge in the dark cycling.
Popular science description
Solceller förväntas i allt större utsträckning bidra med samhällets energibehov i en nära framtid. För närvarande är fasta tillståndet solceller baserade på halvledarmaterial från elektronikindustrin. Men de höga kostnaderna för halvledarmaterialer gör att denna teknologi utesluter en större spridning av solceller. Därmed finns ett intresse för billiga solceller baserade på fotoexcitation i färgämnen. I detta hänseende har utvecklingen av den elektrokemiska färgsensiterade solcellen (DSSC) väckt världsomfattande intresse. I detta fall är ljus absorberat av ett molekylärt lager av färgämne deponerat på ett tunt poröst lager av icke dyrbar halvledarmaterial, vanligtvis titandioxid. Denna oxid, i form av kolloidala partiklar i nanometerstorlek, påstryks en transparent ledande glasskiva. I en fotoelektrokemisk cell är denna färgoxidelektrod externt förbunden med den yttre kretsen, där energi genereras, till en metallisk motelektrod, skild internt från färgoxidelektroden med ett tunt elektrolytlager. Vid belysning flödar elektroner från färgoxidelektroden till motelektroden och elektronvakanser (hål) från färgämnet till metallmotelektroden via elektrolyten med håltransporterande molekyler benämnda redox mediatorer. I detta avseende på elektricitetsgenerering är det ingen nettoförändring i elektrolytkomposition. Men den varierande mängden av tillgängligt solljus kräver lagring av producerad elektricitet. En viktig valmöjlighet är elektrokemisk lagring med hjälp av ett batteri, där energi lagras inuti cellen, eller en elektrolys cell, där produkterna, vanligtvis vätgas och syrgas, är externt lagrade. En av fördelarna med fotoelektrokemiska solceller, som DSSC, är möjligheten av samtidig ljusupptagning och energilagring i samma cell. Ett exempel är produktionen av vätgas och syrgas. Men denna möjlighet kräver finjustering av både de molekylära egenskaperna av fotoelektrodmaterialen och de för energilagring. Ett alternativ och lättare att realisera är energilagring i fasta-vätske dubbellager inkorporerade i solcellen. Elektrokemiska dubbellagerkondensatorer eller superkondensatorer har utvecklats de senaste åren som ett alternativ till batterienergilagringssystem med fördelen av lägre kostnad och bättre stabilitet vid upprepade laddning-urladdnings cykler. Detta projekt fokuserar på en variant av färgämnesensitiserade solceller där den elektriska energin lagras som kapacitiv energi i skikt innehållande olika ledande polymerer.