Esta é uma imagem de microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM) de grafeno estruturado em favo de mel 3D. O novo material pode substituir a platina em células solares sensibilizadas por corante sem praticamente nenhuma perda de capacidade de geração. Crédito:Hui Wang
Um dos tipos mais promissores de células solares tem algumas desvantagens. Um cientista da Universidade Tecnológica de Michigan pode ter superado um deles.
As células solares sensibilizadas com corante são finas, flexível, fácil de fazer e muito bom em transformar a luz do sol em eletricidade. Contudo, um ingrediente chave é um dos metais mais caros do planeta:a platina. Embora apenas pequenas quantidades sejam necessárias, em $ 1, 500 a onça, o custo do metal prateado ainda é significativo.
Yun Hang Hu, o professor Charles e Caroll McArthur de Ciência e Engenharia de Materiais, desenvolveu um novo, material barato que pode substituir a platina nas células solares sem degradar sua eficiência:o grafeno 3D.
O grafeno regular é uma forma bidimensional de carbono famosa, apenas com uma molécula ou mais espessa. Hu e sua equipe inventaram uma nova abordagem para sintetizar uma versão 3D exclusiva com uma estrutura semelhante a um favo de mel. Para fazer isso, eles combinaram óxido de lítio com monóxido de carbono em uma reação química que forma carbonato de lítio (Li 2 CO 3 ) e o grafeno do favo de mel. O li 2 CO 3 ajuda a moldar as folhas de grafeno e as isola umas das outras, evitando a formação de grafite de variedade de jardim. Além disso, as partículas de Li2CO3 podem ser facilmente removidas do grafeno estruturado em favo de mel 3D por um ácido.
Os pesquisadores determinaram que o grafeno favo de mel 3D tinha excelente condutividade e alta atividade catalítica, levantando a possibilidade de que poderia ser usado para armazenamento e conversão de energia. Então, eles substituíram o contra-eletrodo de platina em uma célula solar sensibilizada por corante por uma feita de grafeno 3D em forma de favo de mel. Em seguida, eles colocaram a célula solar ao sol e mediram sua produção.
A célula com o contra-eletrodo de grafeno 3D converteu 7,8 por cento da energia do sol em eletricidade, quase tanto quanto a célula solar convencional usando platina cara (8 por cento).
Sintetizar o grafeno favo de mel 3D não é caro nem difícil, disse Hu, e transformá-lo em um contra-eletrodo não representava nenhum desafio especial.
O artigo que descreve o trabalho, "Grafeno estruturado semelhante a um favo de mel 3D e sua alta eficiência como catalisador de contraeletrodo para células solares sensibilizadas com corante, "co-autoria de Hu, Hui Wang, estudante de pós-graduação em Michigan Tech, Franklin Tao da Universidade de Notre Dame, Dario J. Stacchiola do Laboratório Nacional de Brookhaven e Kai Sun da Universidade de Michigan, foi publicado online em 29 de julho na revista Angewandte Chemie International Edition .
