Organiskt / oorganiskt hybrid material för energilagring
- Diarienummer
- IMF11-0060
- Start- och slutdatum
- 110701-130630
- Beviljat belopp
- 100 000 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Färgämnesensitiserade solceller som omvandlar solenergi till elektrisk energi, med färgämne kemiskt adsorberad på ett nanostrukturerat oxidskikt, oftast titandioxid,har undersökts intensivt under de senaste 25 åren. Detta projekt fokuserar på en variant av färgämnesensitiserade solceller där den elektriska energin lagras som kapacitiv energi i skikt innehållande olika ledande polymerer. Den typ av system som kommer att behandlas är en två-elektrod konfiguration, där ett laddningslagringsskikt deponeras ovanpå skiktet innehållande färgämnet och oxiden, och där ett andra skikt av ledande polymer utgör motelektroden. På fotoelektroden skall hålöverföring, från färgämne till laddningslagringspolymermaterial, optimeras. Den ledande polymerer vid fotoelektroden kommer att genereras i oxid porerna genom fotoelektrodeposition, dvs hål överföring från fotooxiderad färgämne till monomer. För at erhålla en optimal kontakt mellan polymerer och adsorberat fargämme kommer en vattenbaserad dispersion av den monomeren att användas. Motelektrod kommer att skapas genom monomer elektrodeposition i samma medium på ett elektriskt ledande substrat. Detaljerade fysikalisk-kemisk studier vid belysta fargämne-titandioxid-polymer-gränsyta kommer att genomföras. Det slutliga målet är att optimera effektivieter vid omvandlingen av solljus till lagrad energi i kombination med erhållen stabilitet vid laddning (ljus)– urladdning (mörker) under längre tids cykling.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.