Een baanbrekende zonnebatterij van Chinese onderzoekers kan zonlicht direct opslaan in één apparaat, zonder zonnepanelen of elektriciteitsnet, en belooft een nieuwe richting voor energieopslag.
Wetenschappers in China ontwikkelden een nieuwe batterij die zonlicht opvangt en opslaat in één systeem, zonder dat het eerst naar het elektriciteitsnet hoeft te worden gestuurd. De nieuwe solar redox flow battery (SRFB) bereikt onder gesimuleerd zonlicht een zonne-naar-elektriciteit efficiëntie van 4,2 procent, een veelbelovend teken voor de ontwikkeling van efficiëntere energieopslag.
Volgens de studie, gepubliceerd in Electrochimica Acta, combineert het team van Nanjing Tech University zonneopwekking en energieopslag in één elektrochemisch systeem, een aanpak die conventionele zonnepanelen met aparte batterijen overbodig maakt.
Solar redox flow battery
Solar redox flow batteries zijn foto-elektrochemische cellen die zowel licht kunnen absorberen als chemische energie kunnen opslaan. In tegenstelling tot traditionele systemen zet deze technologie de energie niet eerst om naar elektriciteit. Ze legt de energie direct chemisch vast in een vloeibare elektrolyt.
De afgelopen jaren trekt deze technologie opnieuw aandacht. Ze biedt een efficiëntere en mogelijk goedkopere manier om zonne-energie op te slaan. “De succesvolle fabricage van dit SRFB-apparaat opent de deur naar verdere ontwikkeling van geavanceerde zonne-naar-chemische energie conversietechnologieën,” aldus Chengyu He, hoofdonderzoeker van het project.
Stabieler en efficiënter systeem
De nieuwe SRFB maakt gebruik van anthraquinon-gebaseerde redoxchemie, een klasse organische verbindingen die bekend staat om hun stabiliteit en veelzijdigheid. Het systeem gebruikt de redoxkoppels 2,6-DBEAQ en K4[Fe(CN)6], gekoppeld aan een triple-junction amorf silicium foto-elektrode.
Volgens He functioneren traditionele anthraquinon-batterijen in zowel sterke zure als alkalische omgevingen, maar ze lijden vaak onder corrosie van de foto-elektroden en lage efficiënties. De nieuwe configuratie verbetert de chemische compatibiliteit tussen lichtopvang en opslagcomponenten. Zo ontstaat een stabieler en efficiënter systeem.
Zo werkt de batterij
Het hart van de SRFB bestaat uit kleine, 0,8 bij 0,8 inch foto-elektroden gemaakt van commerciële triple-junction amorf siliciumcellen, gecoat met indiumtinoxide voor geleidbaarheid.
- De fotokathode staat in direct contact met het catholyte (2,6-DBEAQ), dat onder zonlicht wordt gereduceerd.
- Het anolyte (K4[Fe(CN)6]) wordt geoxideerd aan een koolstof-elektrode.
- Beide elektrolyten circuleren continu via externe tanks en een peristaltische pomp, gescheiden door een Nafion-ionenwisselmembraan om menging en ladingverlies te voorkomen.
Tijdens tests onder een xenonlamp die één zon simuleerde (100 mW/cm²) laadde de batterij zich volledig op met licht, zonder externe elektriciteit, en liet de batterij zich over 10 cycli ontladen met een stroomdichtheid van 10 mA/cm².
Waarom dit belangrijk is
Hoewel 4,2 procent efficiëntie laag lijkt, en nog niet kan concurreren met conventionele zonnecellen gekoppeld aan lithiumbatterijen, vertegenwoordigt dit een belangrijke stap richting geïntegreerde energieopslagsystemen. Als we zonlicht direct in chemische energie omzetten, wordt energieopslag mogelijk goedkoper en schaalbaarder, vooral voor toepassingen met beperkte ruimte of infrastructuur.
Bovendien opent de aanpak de deur naar verdere optimalisaties. Zo zouden andere organische redoxkoppels, verbeterde foto-elektroden en grotere schaalproeven de efficiëntie nog verder kunnen verhogen.
Een compleet nieuwe manier van zonne-energie
De SRFB van Nanjing Tech University laat zien hoe het mogelijk is om zonne-energie op een compleet nieuwe manier te oogsten en op te slaan. Bovendien, met geïntegreerde lichtopvang en chemische opslag in één apparaat, zou de volgende generatie van zonnepanelen én batterijen een stuk compacter en efficiënter kunnen worden.
Het onderzoek onderstreept dat de toekomst van zonne-energie niet alleen draait om betere panelen, maar ook om slimmere opslagtechnologieën die de kloof tussen productie en gebruik van elektriciteit kunnen overbruggen.
