Одним из самых перспективных направлений солнечной энергетики считаются батареи на основе сенсибилизированных красителями фотоэлектрических элементов. Они обладают целым рядом достоинств, таких как простота изготовления, гибкость, высокая эффективность генерации электрической энергии из солнечного света. Тем не менее, солнечные элементы данного типа имеют и некоторые недостатки, главным из которых принято считать необходимость использования в качестве основного элементы очень дорогого и относительно редкого материала – платины. Одна унция этого драгоценного редкоземельного металла обладает стоимостью свыше полутора тысяч американских долларов.
Не так давно группа ученых из Мичиганского технологического университета провела масштабные исследования, в результате которых удалось получить значительно более дешевый материал, который может стать эффективной заменой платине в фотоэлектрических элементов без снижения их эксплуатационных параметров. Таким материалом стал трехмерный графен.
Обычно графен имеет двухмерную структуру, формирующуюся атомами углерода, причем его толщина складывается из одной молекулы. В ходе проведенных экспериментов исследователям удалось разработать новый подход к синтезированию графена, который позволяет создавать сотовую трехмерную структуру. Для этого окись углерода была объединена с оксидом лития в химической реакции, в результате чего произошло образование карбоната лития с молекулярной формулой Li2CO3, а также графена в виде сот. Примечательно, что карбонат лития в данном случае способствует формированию листов графена и выступает в качестве изоляции между ними, в результате чего удается избежать образование спаек из графена. Удаление частиц карбоната лития из структуры происходит в последующем весьма просто – с использованием кислоты.
Анализ полученного материала выявил, что трехмерная сотовая разновидность графена обладает превосходной электрической проводимостью и обладает довольно высокой каталитической активностью, что указывает на эффективность использования полученного материала для генерации и хранения электрической энергии. Далее был проведен лабораторный опыт, в котором платиновый электрод в готовом сенсибилизированном красителем фотоэлектрическом элементе был заменен на электрод сопоставимых размеров из сотового графена. Дальнейшие испытания образца фотоэлектрического элемента с трехмерным графеном показали, что эффективность преобразования солнечного света в электрическую энергию по сравнению с платиновыми элементами упала незначительно – всего на две десятые процента.
Разработчики отметили, что создание необходимых трехмерных графеновых структур является недорогим и простым процессом, также как и создание конечного продукта – электрода. {odnaknopka}