TN Narayanan và các đồng nghiệp từ Viện nghiên cứu cơ bản Tata, Hyderabad (TIFRH) báo cáo những phát hiện gần đây của họ về cách pin lithium ion, tương tự như các thiết kế thương mại hiện có, có thể được sạc trực tiếp bằng ánh sáng.
Sơ đồ của pin quang điện đầy đủ được trình bày bởi Amar et al tại TIFR. Tín dụng: Amar Kumar
Năm 1976, Stanley Whittingham đã đẩy nhanh những tiến bộ trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng bằng cách trình diễn thành công pin lithium ion có thể sạc lại được chứng minh đầu tiên . Thiết kế này sử dụng vật liệu phân lớp titan disulfua (TiS 2 ) làm cực âm và lithium làm cực dương.
Việc sử dụng kim loại lithium làm cực dương làm tăng mối lo ngại về an ninh , do đó các nhà khoa học đã quay lại bàn vẽ để đưa ra một thiết kế khả thi về mặt thương mại. Năm 1985, Akira Yoshino đã chứng minh rằng carbon có thể thay thế kim loại lithium, dẫn đến việc thương mại hóa pin lithium ion đầu tiên của Tập đoàn Thiết bị Năng lượng Sony vào năm 1991.
Thiết kế này được cải tiến bởi John B. Goodenough, người đã đề xuất thay đổi từ TiS 2 thành coban oxit để hoạt động như một cực âm. Whittingham, Yoshino và Goodenough đã cùng được trao giải Nobel Hóa học năm 2019 vì nghiên cứu tiên phong hướng tới phát triển pin lithium ion đã cách mạng hóa hoạt động lưu trữ năng lượng ngày nay.
Các nhà khoa học vẫn tiếp tục nỗ lực phát triển loại pin bền và an toàn hơn, có thể sạc lại dễ dàng. Một số tiến bộ này bao gồm việc thử nghiệm các vật liệu điện cực khác nhau. Phòng thí nghiệm của Michael de Volder tại Đại học Cambridge là những phòng thí nghiệm đầu tiên báo cáo việc sử dụng vật liệu perovskite 2D dựa trên halogen kim loại đa tinh thể trong pin có thể sạc lại bằng quang học.
Ba năm sau, nhóm của TN Narayanan sử dụng điện cực có cấu trúc dị thể (kết hợp giữa hai vật liệu molybdenum sulfide và molypden oxit) trong pin lithium ion. Chính trong nghiên cứu này, Narayanan và các đồng nghiệp đã quan sát thấy cơ chế sạc được điều khiển bởi ánh sáng. Amar Kumar, tác giả chính và nghiên cứu sinh tại nhóm TN Narayanan, đã khám phá liệu ánh sáng có thực sự đang sạc pin hay quan sát này chỉ đơn giản là kết quả của một phản ứng phụ chưa xác định.
Gần đây, Kumar và các đồng nghiệp đã có thể chứng minh thành công hoạt động của pin sạc nhẹ bằng cụm điện cực lai (nửa cell) lithium metal-TiS 2 /TiO 2 . Nhóm TIFRH đã cải tiến hơn nữa thiết kế này bằng cách thay thế lithium bằng than chì, từ đó phát triển pin năng lượng mặt trời an toàn hơn.
Lithium xen kẽ TiS 2 /TiO 2 làm cực âm và than chì làm cực dương dường như hoạt động như một cục pin , với hiệu suất tương tự như hiệu suất được sử dụng trong điện thoại di động, nhưng cũng có thể sạc lại bằng ánh sáng với chất điện phân rắn—do đó, pin an toàn hơn. Các nghiên cứu tính toán cung cấp những hiểu biết sâu sắc hơn về cơ học được thực hiện bởi nhóm của Soumya Ghosh tại TIFR Hyderabad.
Công trình này mở ra rất nhiều cơ hội để phát triển pin sạc nhẹ có khả năng thương mại đồng thời đặt ra một số câu hỏi cơ bản liên quan đến cơ chế sạc, hiệu ứng nhiệt, v.v. Hiện tại, nhóm của TN Narayanan (TIFR Hyderabad) phối hợp với nhóm của Michael De Volder (Đại học Cambridge) đang khám phá các vật liệu ứng cử viên tiềm năng để phát triển hệ thống lưu trữ kiêm thu hoạch năng lượng tái tạo mạnh mẽ.
Các nhà nghiên cứu cũng đang cố gắng hiểu rõ hơn về cơ chế thúc đẩy hoạt động của các hệ thống ứng cử viên như vậy.
Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Small .
