| Περίληψη: | Στις ημέρες μας, η υπερβολική εξάρτηση για την παραγωγή ενέργειας οποιασδήποτε μορφής από τα ορυκτά καύσιμα αποτελεί βασικό πρόβλημα. Έτσι, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι μια εναλλακτική λύση, η οποία τείνει να είναι πολύ λιγότερο επιβλαβής για το περιβάλλον αλλά και τον άνθρωπο. Οι ανθρώπινες απαιτήσεις σε ενέργεια και η διαρκής τεχνολογική εξέλιξη φέρνουν στο προσκήνιο καινοτόμες ιδέες που πριν από μερικά χρόνια ήταν άγνωστες στο ευρύ κοινό. Μια τέτοια ιδέα είναι αυτή της εκμετάλλευσης της ηλιακής ακτινοβολίας για παραγωγή ενέργειας και ταυτόχρονα αποθήκευσης αυτής. Αυτό πραγματοποιείται μεταξύ άλλων και μέσω μπαταριών, ιδιαιτέρως δε στην περίπτωσή μας, μέσω μπαταριών μετάλλου-αέρα, οι οποίες ονομάζονται έτσι αλλά στη πραγματικότητα είναι στοιχεία καυσίμου με «καύσιμο» το μέταλλο. Αυτές οι συσκευές μετατρέπουν χημική ενέργεια σε ηλεκτρική, δηλαδή λειτουργούν ως συστήματα παραγωγής ενέργειας έχοντας μικρό αντίκτυπο στο περιβάλλον και μεγάλη αποδοτικότητα. Στη παρούσα εργασία, το μέταλλο που χρησιμοποιήθηκε είναι ο ψευδάργυρος λόγω του χαμηλού κόστους του, της αφθονίας του, της ασφάλειας και της ισχύος ενέργειας που διαθέτει.
Οι μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα έχουν την δυνατότητα επαναφόρτισης υπό την έννοια ότι το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναγωγή ενός οξειδίου του ψευδαργύρου σε μεταλλικό ψευδάργυρο. Η κατανάλωση ρεύματος για αυτή την διαδικασία αντιστοιχεί με αποθήκευση ενέργειας και είναι αντίστοιχη με την επαναφόρτιση της μπαταρίας. Στην παρούσα εργασία, προχωρήσαμε ένα βήμα παρακάτω και για τη φόρτιση της μπαταρίας προτείνουμε τη χρήση ηλιακής ενέργειας που μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας φωτοηλεκτροχημικής διάταξης. Η προτίμηση φωτοηλεκτροχημικής διάταξης, αντί π.χ. ενός κοινού φωτοβολταϊκού στοιχείου, γίνεται για να συνδυαστεί η λειτουργία της μπαταρίας με τη φόρτισή της σε μία και μοναδική συσκευή με μείωση και των χρησιμοποιούμενων υλικών και της γεωμετρίας τους.
Στα πλαίσια της εργαστηριακής έρευνας για την παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με τρεις διατάξεις-κελιά. Αρχικά, διεξήχθηκαν πειράματα για την κατανόηση της συμπεριφοράς μιας μπαταρίας ψευδαργύρου-αέρα κατά την αποφόρτιση αυτής, σε διαφορετικές συγκεντρώσεις αλκαλικού ηλεκτρολύτη. Στη συνέχεια, έγιναν πειράματα με το φωτοηλεκτροχημικό κελί. Πρώτα χρησιμοποιήθηκε η κάθοδος αέρα για την παραγωγή ρεύματος και γενικότερα την ανάδειξη της εύρυθμης λειτουργίας του κελιού. Έπειτα, χρησιμοποιήθηκε ως κάθοδος ένα φύλλο ψευδαργύρου και πραγματοποιήθηκε η επαναφόρτισή του με τη χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας, κατάλληλων ηλεκτρολυτών και εξωτερικού κυκλώματος, εφόσον σωματίδια Zn εναποτίθενται ξανά στο μέταλλο. Ένα μεγάλο κέρδος που προέκυψε ήταν στη δαπάνη ισχύος για τη φόρτιση της μπαταρίας. Περισσότερα από 2.5 V ηλεκτρικής τάσης αποκτάται με φωτοηλεκτροκαταλυτική φόρτιση. Αυτό είναι ένα πλεονέκτημα μεγάλης τεχνολογικής σημασίας και δικαιολογεί την επιλογή του παρόντος συστήματος.
|
|---|
