Lader og utlader med lys og luft: Solcellen består av et gjennomtrengelig materiale i titandioksid som dekker overflaten til et stykke porøs titanstruktur (stort bilde). Hullene i strukturen er rundt 200 mikrometer store, slik at luft kommer inn i batteriet mens "radene" samler lys. (Bilde: Yiying Wu/The Ohio State University)

SOLKRAFT

Denne solcellen lagrer sin egen energi

Først fanger solcellen lyset, så lagrer den energien.

Masseproduksjon av fotovoltaiske solceller og dalende priser har ført til solceller-boom i mange land. Men fortsatt gjenstår problemet som solenergien deler med blant annet vindkraften: Hvordan lagrer man energien når man ikke har bruk for den med en gang?

Overskuddsenergi fra solceller lagres i dag batterier, men kapasiteten er begrenset, og her kommer en annen nøkkelutfordring inn. Rundt 20 prosent av energien går fløyten i overføringen fra solcellen til batteriet.

Hybridenhet

Forskere ved Ohio State University (OSU) i USA mener de delvis har løst begge problemene ved å utvikle en hybridenhet, og integrert et batteri inn i en solcelle.

I det nye designet konverteres lyset til elektroner inne i batteriet, slik at nær 100 prosent av energien blir bevart, ifølge forskerne.

– Vi har bygget begge funksjonene inn i en enhet. Når du gjør noe slikt, reduserer du kostnader, sier professor Yiying Wu ved The Ohio State University (OSU) på universitetets nettside, og mener konseptet kan redusere kostnadene med hele 25 prosent.

Les også: Dette huset produserer nok strøm til å lade elbilen og varme svømmebassenget

Pustende batteri

Wu og hans doktorgradstudenter sier de har utviklet en farge-sensitiv solcelle som lagrer sin egen energi ved å "puste" luft for å bryte ned og omforme litiumperoksid.

Oppfinnelsen bruker elementer fra et pustende batteridesign forskerne har utviklet fra før.

Utfordringen var at solceller normalt bruker silisium som halvleder, noe som ville blokkert inn- og utluftingen til batteridelen.

Løsningen, og selve nøkkelen i solcelle-batteriet, er bruk av et gjennomtrengelig titandioksid-materiale i gitterstruktur som lar luft sive inn og ut til batteriet etterhvert som det lader og utlader.

Solcellen benytter en rustrød farge for å få fange de riktige bølgelengdene i lyset. Lyset treffer gitterstrukturet i solcellen og lager elektroner.

Inne i solcellen sørger lys, oksygen og kjemiske reaksjoner for at ladeprosessen settes i gang.

– Reelt sett er det et pustende batteri. Det puster inn når det utlader og puster ut når det lader, sier Wu til universitetets nettavis.

Les også: «Struping» av enkeltceller gjør solcellene mer effektive

Job # 080727Yiying WuChemistry, Assistant ProfessorMcPherson LabSEP-19-2008Photo by Jo McCultyThe Ohio State University
Professor i kjemi og biokjemi, Yiying Wu ved Ohio State University. Jo McCulty/The Ohio State University

For mange elementer

Seniorforsker Ole Martin Løvvik ved Sintef Materialer og kjemi er imponert over innsatsen til forskerne fordi de adresserer et stort problem: Hva gjør vi når nye, fornybare energikilder som sol- og vindenergi begynner å levere mer strøm til nettet enn det er behov for.

Dette skjer allerede i enkelte regioner i Tyskland.

Løvvik peker på at solcellebatteri kan fungere som en buffer når etterspørselen er lav.

– Det er ingen tvil om at dette er dyktige folk som vet hva de driver med. De bruker avansert materialkunnskap, kompliserte strukturer og prinsipper og integrerer disse i én enhet. Samtidig er det ikke nødvendigvis en fordel å sette disse tingene sammen. Ja, du taper elektroner når du overfører energien til et batteri. Men en annen ting er alle tilpasningene de må gjøre for å få alle elementene til å passe sammen, sier Løvvik til Teknisk Ukeblad.

Løvvik mener nettopp den kompliserte strukturen kan koste mer enn den monner.

Et ankepunkt er at forskerne har gått bort fra standard silisium-solceller, som har tatt store markedsandeler på grunn av høy effektivitet og dalende kostnadsnivå.

Les også: Bygger verdens største flytende solkraftverk

Effektiv solcelle viktigst

– De har valgt titandioksyd i solcelle-delen i stedet for standard silisium-solceller, fordi dette er gunstig for det spesielle batteriet. Men de nevner ikke hva det har å si for effektiviteten til solcellen. Å tape 10-20 prosent på å overføre elektroner til et eksternt batteri er ikke mye sammenlignet med det du taper på å ha en lite effektiv solcelle, sier Løvvik.

Seniorforsker Magnus S. Thomassen ved samme institutt mener sannsynligheten for at forskerne har utviklet en solcelle som fungerer bedre enn de som allerede er på markedet er svært liten.

– Forskerne kombinerer to typer teknologier som begge er umodne. Et litium-luft-batteri plasseres sammen med en elektrokjemisk solcelle som er tilsatt et fargeemne, også kalt Grätzell-celler. Litium-luft-batterier er det mange grupper som forsker på nå, og de vil sannsynligvis ikke komme fram til noe teknologisk anvendbart de nærmeste 10-20 årene. Grätzell-celler har vært forsket på i 20-30 år. Ideen er grei, men jeg tror de vil få store problemer med stabiliteten, mener Thomassen.

Ifølge utviklerne skal levetiden til batteriet være like lang som vanlige ladbare batterier som allerede er på markedet.

Thomassen er imidlertid skeptisk til det også, fordi både solcellen og batteriet utsettes for oksygen.

– Slik jeg ser det tetter ikke oppfinnelsen noe teknologihull. Her er det noen som jobber med materialteknologi og synes dette er veldig spennende ut fra et akademisk ståsted. Men oppfinnelsen dekker ikke et behov som annen teknologi ikke kan dekke i dag, sier Thomassen.

Les også:

Gjennomsiktig solcelle lager strøm av usynlig lys

Verdens største solvarme-kraftverk griller fugler i luften

CZTS-teknologi kan redde solcellene fra Kinas jordart-monopol  

Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.