Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) desenvolveu um leve, e foto-bateria atóxica (sem chumbo) que tem funções duplas na captação de energia solar e armazenamento de energia em um único dispositivo, tornando possível carregar uma bateria sob o sol, sem ter que conectar o dispositivo na parede.

A crescente demanda por fontes de energia sustentáveis ​​gerou um aumento no interesse em energia solar e no desenvolvimento de dispositivos de armazenamento para ela. Um desses dispositivos, a foto-bateria, é capaz de gerar e armazenar energia em uma arquitetura de dispositivo único. Em teoria, este projeto deve permitir maior eficiência de armazenamento de energia e densidade de energia, enquanto diminui as perdas ôhmicas, relaxando os requisitos de embalagem e, assim, reduzindo o peso, o volume, e o custo do sistema. Na realidade, Contudo, a interface pobre entre os materiais tende a criar problemas com o transporte de carga, reduzindo muito a eficiência em comparação com o sistema simples de uma célula solar conectada a uma bateria externa.

Uma equipe liderada pelo Prof. Jonathan Eugene HALPERT, Professor Assistente do Departamento de Química da HKUST, fez avanços no sentido de desenvolver fotobaterias mais eficientes, expandindo a utilidade de uma classe de materiais conhecida como perovskita, que teve aplicações em células solares e mais recentemente em baterias. O halogeneto de perovskita que a equipe desenvolveu atua como um fotoeletrodo que pode coletar energia sob iluminação sem a ajuda de uma carga externa em uma bateria de íon-lítio, e está em total contraste com sua contraparte existente, pois não contém chumbo, portanto, tem maior estabilidade no ar e está livre de preocupações com envenenamento por chumbo. Para sua pesquisa, a equipe substituiu chumbo por bismuto (Bi), um elemento não tóxico, e formando um material cristalino com forte absorção de luz.

A bateria de íon-lítio funciona permitindo que os elétrons se movam de um estado de alta energia para um inferior, enquanto trabalhava em um circuito externo. A fotobateria tem um mecanismo semelhante a uma bateria comum, exceto que não precisa ser alimentada com corrente ou conectada na parede para ser carregada eletricamente, mas pode ser carregado fotoeletricamente sob o sol. O material ativo nesta nova bateria é a perovskita sem chumbo que, quando colocado sob a luz, absorve um fóton e gera um par de cargas, conhecido como um elétron e um buraco. A equipe conduziu experimentos de cronoamperometria sob luz e no escuro para analisar o aumento da corrente de carga causado pela luz, e registrou uma taxa de eficiência de fotoconversão de 0,428% ao fotocarregar a bateria após a primeira descarga. A próxima etapa da equipe é experimentar diferentes materiais para melhor desempenho e eficiência, para que a fotobateria seja comercializada no mercado.

"Atualmente, conectamos todos os nossos aparelhos na parede para carregá-los. Com mais desenvolvimento neste campo de fotobaterias, podemos não ter que conectá-los no futuro, "disse o Prof. Halpert." Podemos ser capazes de colher energia solar e usá-la para atender aos requisitos de energia de qualquer dispositivo com necessidades modestas de energia. Nosso trabalho é um dos primeiros passos dados neste campo, e, claro, muitas melhorias serão necessárias para alcançar um melhor desempenho, mas estamos confiantes de que podemos melhorar sua estabilidade e eficiência média com mais refinamento. "

Esta fotobateria pode servir como bateria embutida para dispositivos como smartphones ou tablets, e até mesmo aplicativos de armazenamento remoto de energia, o que pode ser facilitado com essas baterias fotográficas, pois são leves e portáteis. Também deve ajudar a reduzir o custo de produção quando comparado a um sistema composto por uma célula solar mais uma bateria externa, uma vez que apenas a parte da bateria é necessária.

Este estudo foi publicado recentemente na revista científica Nano Letras .