دستگاهی جدید توسط پژوهشگران دانشگاه ایالتی اوهایو توسعه داده شده که یک باتری لیتیمی با قابلیت تنفس هوا است و از طریق سلول خورشیدی داخلی شارژ میشود. این محصول جالب توجه از اهمیت ویژهای برخوردار است زیرا یکی از بزرگترین مشکلات استقرار و به کارگیری گسترده انرژی خورشیدی نیاز به مجموعههای عظیم باتری برای ذخیره سازی الکتریسیته است. این باتریها نه تنها گران قیمت هستند و فضای قابل توجهی را اشغال میکنند بلکه مقدار زیادی الکتریسیته تنها در هنگام انتقال از پنلهای خورشیدی به ذخیره ساز خارجی از دست میرود.
یک دستگاه یکپارچه حدود 25 درصد ارزانتر و 20 درصد کارآمدتر است. باتری خورشیدی دانشگاه اوهایو دارای طراحی مبتکرانه است. سه الکترود در این باتری وجود دارند: آند فلز لیتیم استاندارد، یک الکترود اکسیژن/هوا در وسط، و یک فتوالکترود - یک سلول خورشیدی فتوولتائیک - در بالا. با یک ساندویچ الکترولیت اطمینان حاصل میشود که الکترونها میتوانند به راحتی بین هر الکترود حرکت کنند.
هنگامی که باتری شارژ میشود سلول خورشیدی به الکترود لیتیم متصل شده است و هنگام تخلیه شارژ، الکترود لیتیم به اکسیژن متصل میشود. به این ترتیب، دو واکنش شیمیایی بسیار متفاوت در داخل باتری خورشیدی رخ میدهند. هنگامی که باتری تخلیه میشود، لیتیم با اکسیژن واکنش میدهد تا پراکسید لیتیم (Li2O2) و الکتریسیته تولید شود. در حقیقت، این باتری نفس میکشد. هنگامی که باتری شارژ میشود سلول خورشیدی از طریق اثر فتوولتائیک الکترون تولید میکند که مولکولهای پراکسید لیتیم را به یونهای لیتیم (Li+) و اکسیژن (O2) تبدیل میکند. از این رو، باتری بازدم انجام میدهد. یک یدید حمل کننده در الکترولیت وجود دارد که به حرکت الکترونها بین الکترودها کمک میکند.
خود سلول خورشیدی از ساختار ساده و ارزان پنل دی اکسید تیتانیوم رنگ-حساس شده، به همراه اکسید آهن (زنگ) به عنوان رنگ برخوردار است. سلولهای خورشیدی رنگ-حساس شده به اندازه سیلیکون کارآمد نیستند اما با هزینه ساخت ارزانتر و دوام بیشتر این مساله را جبران میکنند.
این باتری خورشیدی که توسط یی یینگ وو و همکارانش در دانشگاه اوهایو ساخته شده به نظر آماده تولید میرسد. حق امتیاز طراحی آن به ثبت رسیده و به گفته وو گواهینامه آن برای شرکای صنعتی ارائه خواهد شد که به کاهش هزینه نیروی خورشیدی کمک خواهد کرد. بیتردید، استفاده از پنل خورشیدی برای جذب نور و سپس به کارگیری باتری ارزان برای ذخیره انرژی، این فناوری جدید را به گزینهای جالب توجه مبدل میکند. دو عملکرد در یک دستگاه یکپارچه شدهاند و هر زمان که این اتفاق رخ میدهد هزینه نیز کاهش مییابد.
طراحی فعلی دارای ویژگیهای بسیار خوبی است: این فناوری میتواند نیرو و انرژی فراوانی تولید کند و بخش باتری دستگاه دارای طول عمر قابل مقایسه با باتریهای قابل شارژ موجود است. در عمل، این باتری خورشیدی میتواند محصولی فوق العاده باشد. به طور کلی، یکی از بزرگترین موانع برای توسعه و سازگاری با تولید نیروی تجدیدپذیر قابلیت اطمینان است؛ هنگامی که باد نمیوزد و یا خورشید پشت ابر پنهان میشود به سوختهای فسیلی و یا انرژی هستهای برای پر کردن این شکاف نیاز داریم.
در حال حاضر، تنها راه حل واقعی برای مقابله با این مانع پمپاژ آب به بالای یک سد برقآبی (اگر سدی در نزدیکی وجود داشته باشد) و یا استفاده از مجموعههای عظیم باتری که به نام ذخیره انرژی شبکه شناخته میشود، هستند. این مجموعههای باتری ارزان نبوده و انتقال و ذخیره سازی انرژی در آنها چندان کارآمد و بهینه نیست. اما باتری جدید دانشگاه اوهایو میتواند شرایط را به کلی تغییر دهد.