Une équipe de chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a mis au point un poids léger, et photo-batterie non toxique (sans plomb) qui a la double fonction de récolter l'énergie solaire et de stocker l'énergie sur un seul appareil, permettant de recharger une batterie au soleil, sans avoir à brancher l'appareil au mur.

La demande croissante de sources d'énergie durables a suscité un regain d'intérêt pour l'énergie solaire et le développement de dispositifs de stockage pour celle-ci. Un tel appareil, la photo-batterie, est capable à la fois de générer et de stocker de l'énergie dans une architecture d'appareil unique. En théorie, cette conception devrait permettre d'augmenter l'efficacité du stockage d'énergie et la densité énergétique, tout en diminuant les pertes ohmiques, assouplir les exigences d'emballage et donc réduire le poids, l'essentiel, et le coût du système. En réalité, cependant, la mauvaise interface entre les matériaux a tendance à créer des problèmes de transport de charge, réduisant considérablement l'efficacité par rapport au système simple d'une cellule solaire câblée à une batterie externe.

Une équipe dirigée par le Pr Jonathan Eugène HALPERT, Professeur assistant du département de chimie de HKUST, a fait des progrès dans le développement de photobatteries plus efficaces en élargissant l'utilité d'une classe de matériaux connue sous le nom de pérovskite, qui a eu des applications dans les cellules solaires et plus récemment dans les batteries. L'halogénure de pérovskite que l'équipe a développé agit comme une photoélectrode qui peut récolter de l'énergie sous éclairage sans l'aide d'une charge externe dans une batterie lithium-ion, et est en contraste frappant avec son homologue existant car il ne contient pas de plomb, par conséquent, il a une plus grande stabilité dans l'air et est exempt de problèmes d'empoisonnement au plomb. Pour leurs recherches, l'équipe a remplacé le plomb par du bismuth (Bi), un élément non toxique, et former un matériau cristallin fortement absorbant la lumière.

La batterie lithium-ion fonctionne en permettant aux électrons de passer d'un état d'énergie élevée à un état inférieur, tout en travaillant dans un circuit externe. La photobatterie a un mécanisme similaire à une batterie ordinaire sauf qu'elle n'a pas besoin d'être alimentée en courant ou branchée au mur pour être chargée électriquement, mais peut être chargé photoélectriquement sous le soleil. La matière active de cette nouvelle batterie est la pérovskite sans plomb qui, lorsqu'il est mis sous la lumière, absorbe un photon et génère une paire de charges, connu comme un électron et un trou. L'équipe a mené des expériences de chrono-ampérométrie à la lumière et à l'obscurité pour analyser l'augmentation du courant de charge provoquée par la lumière, et a enregistré un taux d'efficacité de photo-conversion de 0,428 % lors de la photocharge de la batterie après la première décharge. La prochaine étape de l'équipe consiste à expérimenter différents matériaux pour de meilleures performances et efficacité, afin que la photobatterie puisse être commercialisée sur le marché.

"Maintenant, nous branchons tous nos appareils au mur pour les recharger. Avec le développement ultérieur dans ce domaine des photobatteries, nous n'aurons peut-être plus besoin de les brancher à l'avenir, " a déclaré le professeur Halpert. " Nous pourrions être en mesure de récolter l'énergie solaire et de l'utiliser pour répondre aux besoins en énergie de tous les appareils ayant des besoins en énergie modestes. Notre travail est l'une des premières mesures prises dans ce domaine, et, bien sûr, beaucoup d'améliorations seront nécessaires pour obtenir de meilleures performances, mais nous sommes convaincus que nous pouvons améliorer sa stabilité et son efficacité moyenne avec un raffinement supplémentaire."

Cette photobatterie peut servir de batterie intégrée pour des appareils tels que des smartphones ou des tablettes, et même des applications de stockage d'énergie à distance, ce qui peut être facilité avec ces photobatteries car elles sont légères et portables. Cela devrait également contribuer à réduire les coûts de production par rapport à un système composé d'une cellule solaire et d'une batterie externe, car seule la partie batterie est requise.

Cette étude a récemment été publiée dans la revue scientifique Lettres nano .