Атомно тонкі стрічки можуть значно покращити батареї

PNR – це стрічкові нитки двовимірного матеріалу фосфору, які, як і графен, складаються з шарів атомів товщиною в один атом. Вони були вперше створені у 2019 році командою на чолі з професором Крісом Говардом з UCL після понад ста теоретичних статей, які передбачають, що вони матимуть низку цікавих і корисних властивостей.

PNR швидко знайшли роль у своєму першому енергетичному пристрої на сонячних батареях у 2021 році під керівництвом доктора Тома Макдональда з Лондонського університету королеви Мері/Імперського коледжу Лондона та за підтримки команди з UCL. Він показав, що PNR можна просто надрукувати як додатковий шар, щоб покращити функціональність і ефективність сонячної батареї шляхом покращення «рухливості дірок».

«Дірки» є протилежними партнерами електронів у електричному транспорті, тому покращення їхньої рухливості (міра швидкості, з якою вони рухаються крізь матеріал) допомагає електричному струму більш ефективно переміщатися між шарами пристрою. Тепер QMUL і UCL знову об’єдналися, щоб створити бачення того, як PNR можна використовувати для подолання енергетичної кризи.

Коментуючи цю нову роботу, доктор Макдональд, науковий співробітник Лондонського університету королеви Марії, сказав: «Це захоплююче, оскільки ми обговорюємо, як PNR можуть відігравати важливу роль у плануванні в нашій боротьбі зі зміною клімату. Минулого року ми показали, що PNR можна друкувати на перовськітові сонячних елементах, щоб підвищити їх ефективність; і дозволяють дешево друкувати на тонких, гнучких плівках порівняно з традиційними негнучкими сонячними елементами на основі кремнію. Наші сонячні елементи PNR обіцяють неймовірно, але це лише початок багатьох області, у яких PNR можуть зробити революцію, від літій-іонних акумуляторів до виробництва чистого водню».

У своїй точці зору Джоуля д-р Макдональд підкреслює значні кроки, які вже зробили дослідники з усього світу для створення та використання PNR, включаючи нещодавню роботу, яка показує, що включення PNR в літій-іонні батареї значно покращує продуктивність і стабільність, оскільки PNR здатні придушувати утворення небажаних дендритів, які ростуть з поверхні негативного електрода. Дендрити можуть пробити сепаратор і стикнутися з матеріалом катода батареї. Це призводить до електронного контакту між позитивним і негативним електродами, що спричиняє нестабільність літій-іонних батарей.