El innovador dispositivo de batería solar bifuncional desarrollado por el Max Planck Institute y la LMU Munich aborda los desafíos de almacenamiento y generación de energía solar con una tecnología que promete mejorar la eficiencia de la recolección de energía renovable.
En la búsqueda de soluciones para dirigir el suministro de energía hacia un futuro más sostenible, la energía solar se ha destacado como uno de los enfoques más prometedores. Sin embargo, la naturaleza intermitente de la radiación solar ha presentado desafíos significativos para su implementación a gran escala.
Los científicos del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido y la Universidad Ludwig Maximilian de Munich (LMU Munich) han dado un paso crucial en el desarrollo de una tecnología que podría abordar estos desafíos y allanar el camino hacia una mayor adopción de energías renovables.
Batería que produce y almacena energía solar
El equipo de investigación ha presentado un novedoso dispositivo de batería solar bifuncional que combina la recolección de luz solar y el almacenamiento de energía en un solo material, utilizando una célula solar de base orgánica.
La clave de esta innovación radica en el fotoánodo de nitruro de carbono bifuncional, diseñado para capturar la luz solar y almacenar la energía generada en forma de electrones atrapados de larga vida.
El principal obstáculo para el aprovechamiento óptimo de la energía solar es la fluctuación en su disponibilidad a lo largo del día y las estaciones del año. Para aprovechar al máximo la energía solar, se requiere una funcionalidad de almacenamiento que permita su uso incluso cuando el sol no está brillando.
Esto evitaría el desequilibrio entre la oferta y la demanda, lo que a menudo se representa como la «curva de pato». Las baterías solares han surgido como una solución potencial para superar este desafío, ya que integran la capacidad de almacenamiento de carga en una célula solar.
El enfoque convencional para las baterías solares ha implicado la orquestación de diferentes procesos fotofísicos y electroquímicos en materiales separados, lo que presenta dificultades conceptuales.
Sin embargo, el dispositivo desarrollado por el Max Planck Institute aborda este desafío con una arquitectura única que combina un fotoánodo bifuncional con una cascada de transferencia de carga interna.
Así funciona la batería bifacial
El material clave en esta innovación es la poli(imida de heptazina) de nitruro de carbono polimérico 2D, conocido como K-PHI, que exhibe propiedades iónicas y optoelectrónicas únicas. Estas características permiten la absorción de luz y el almacenamiento de carga de los electrones generados por la luz en estados de trampa.
Mediante una cascada tipo escalera, la transferencia de carga se rectifica y se evita la autodescarga, lo que mejora significativamente la eficiencia del sistema.
El diseño del dispositivo ofrece tres modos de funcionamiento distintos: como una celda solar, una batería y una batería asistida por luz. En el modo de celda solar, proporciona una fotocorriente continua; en el modo de batería, permite la carga y descarga según la demanda; y en el modo de batería asistida por luz, la batería se carga con luz mientras se carga o descarga eléctricamente, lo que aumenta considerablemente su eficiencia.
La versatilidad de esta tecnología abre nuevas perspectivas para el almacenamiento de energía solar en momentos en que la luz solar no está disponible, como durante la noche o en días nublados.
Su alta integración, escalabilidad y abundancia de materiales en la Tierra hacen que este diseño sea adecuado tanto para aplicaciones a gran escala en granjas solares como para aplicaciones locales en hogares o dispositivos autónomos de pequeña escala.
Además, la capacidad de hacer que el dispositivo sea translúcido abre la posibilidad de integrar la recolección de energía solar en ventanas inteligentes o dispositivos electrónicos portátiles, lo que amplía aún más su alcance y viabilidad en diversas aplicaciones.
