Podbój kosmosu to obecnie najważniejszy cel współczesnej nauki i technologii. Zasilanie misji kosmicznych wymaga zaawansowanych, niezawodnych źródeł energii, które sprostają ekstremalnym warunkom panującym poza Ziemią. W przemyśle kosmicznym zdominowanym ogniwa, gdzie główną rolę gra arsenek galu, badacze z University of Michigan testują organiczne ogniwa słoneczne. Czegoś takiego potrzebowaliśmy.
W poszukiwaniu idealnego
Obecnie najczęściej wykorzystywane w kosmosie ogniwa słoneczne z arsenku galu słyną z wysokiej wydajności i odporności na uszkodzenia wywoływane przez radiację. Mają jednak sporo wad: są drogie, ciężkie i nieelastyczne. Z kolei tradycyjne ogniwa krzemowe nie radzą sobie dobrze z protonami sianymi ze Słońca. Organiczne ogniwa słoneczne oferują alternatywę: są lekkie, elastyczne i potencjalnie tańsze w produkcji. W ostatnich badaniach zespół naukowców z University of Michigan przeprowadził testy radiacyjne, które wykazały, że materiały organiczne mogą przewyższać tradycyjne pod względem wydajności w przestrzeni kosmicznej.
Jak działają organiczne ogniwa słoneczne?
Organiczne ogniwa wykorzystują cząsteczki organiczne do przekształcania światła w energię elektryczną. Badania wskazują, że nie wszystkie typy materiałów organicznych zachowują się tak samo w warunkach kosmicznych. Ogniwa małocząsteczkowe przetrwały trzy lata ekspozycji na promieniowanie bez zauważalnych uszkodzeń. Natomiast ogniwa polimerowe straciły aż 50% wydajności z powodu rozszczepienia bocznych łańcuchów cząsteczek. Uszkodzenia tworzyły pułapki elektronowe, utrudniające ich przepływ. Co ciekawe, owe "pułapki" mogą być naprawiane poprzez wyżarzanie termiczne. Ekspozycja ogniw na temperaturę około 100°C pozwala wodorowi ponownie wiązać się z węglem, eliminując pułapki elektronowe.
Z poszukiwaniami idealnych rozwiązań jest tak, że zazwyczaj nie są idealne — niestety. Do ich zalet należą lekkość i elastyczność, co czyni je idealnymi do zastosowań, gdzie dosłownie każdy gram ma znaczenie, np. w misjach kosmicznych. Co więcej, ciepło generowane przez Słońce może pozwolić na regenerację ogniw w trakcie misji, warto zwrócić uwagę na potencjalnie niższy koszt produkcji, ponieważ materiały organiczne są tańsze niż arsenek galu. Natomiast do wad ogniw organicznych należą niższa stabilność, szczególnie w przypadku polimerów, oraz ograniczenia w długoterminowej niezawodności, gdyż nie wiadomo, czy samonaprawa będzie skuteczna w bardzo długich misjach w przestrzeni kosmicznej.
Badacze rozmyślają nad dalszymi krokami
Badacze z University of Michigan sugerują dwa kierunki rozwoju. Pierwszy to projektowanie materiałów, które nie generują pułapek elektronowych. Drugi to udoskonalanie metod samonaprawy, np. poprzez wypełnianie pułapek atomami innych pierwiastków. Zespół już złożył nawet wniosek patentowy dotyczący tej technologii. Kolejne badania będą miały na celu poprawić parametry dotyczące trwałości i niezawodności ogniw organicznych w ekstremalnych warunkach.
Organiczne ogniwa słoneczne nie są jeszcze gotowe do masowego zastosowania w przestrzeni kosmicznej, ale i tak można mówić o pewnym przełomie. W miarę postępu badań możemy spodziewać się rozwiązania, które nieco pomoże nam w badaniach kosmosu. A będzie to przecież sfera, która przesądzi o naszym dalszym postępie.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
