Нов материал може да съхранява енергия от слънцето за месеци или дори години

Ако искаме да се усъвършенстваме, при захранването на планетата с възобновяема енергия, трябва да намерим начини за ефективно съхранение на тази енергия, докато тя е необходима – и учените са идентифицирали конкретен материал, който би могъл да осигури точно това.

Материалът е известен като метало-органична рамка (MOF), в която молекули на основата на въглерод образуват структури чрез свързване на метални йони. От решаващо значение е, че MOF са порести, така че те могат да образуват композитни материали с други малки молекули.

Това прави екип изследователи, добавяйки молекули на абсорбиращото светлина съединение азобензол. Готовият композитен материал успява да съхранява енергия от ултравиолетова светлина в продължение на поне четири месеца при стайна температура, преди да я освободи отново.

„Материалът функционира малко като материали за фазова промяна, които се използват за подаване на топлина в нагревателите за ръце“, казва химикът по материали Джон Грифин от университета Ланкастър във Великобритания.

„Въпреки това, докато нагревателите за ръце трябва да се нагряват, за да се заредят, хубавото на този материал е, че улавя безплатна енергия директно от Слънцето.“

Азобензолът действа като фотопревключвател – молекулярна машина, която реагира на външен стимул като светлина или топлина. Под ултравиолетова светлина молекулите променят формата си, докато остават в рамката на MOF порите, ефективно съхранявайки енергията.

Прилагането на топлина към композитния MOF материал предизвиква бързо освобождаване на енергия, която сама по себе си отделя топлина, която след това потенциално може да се използва за затопляне на други материали или устройства.

Въпреки че материалът все още се нуждае от някаква работа, за да стане търговски жизнеспособен, той в крайна сметка може да бъде използван за обезледяване на предни стъкла на автомобила или за допълнително отопление на домове и офиси, или като източник на отопление за места извън мрежата. Фотопревключвателите като този също имат приложения за съхранение на данни и доставка на лекарства.

„Той също няма движещи се или електронни части и така няма загуби, свързани със съхранението и освобождаването на слънчевата енергия“, казва Грифин. „Надяваме се, че с по-нататъшно развитие ще успеем да направим други материали, които съхраняват още повече енергия.“

Докато миналите изследвания също са разглеждали съхранението на слънчева енергия във фотопревключватели, обикновено те е трябвало да се държат в течности. Преминаването към композитно твърдо вещество MOF означава, че системата е по-лесна за съхранение и има по-голяма химическа стабилност.

В момента е необходима повече работа, за да се подготви този материал за широко разпространение. Докато тестовете показаха, че може да задържи енергията в продължение на месеци, енергийната плътност на материала е относително ниска, което е една от областите, която изследователите се надяват да подобрят.

Добрата новина е, че има много за настройките, използвани в това изследване, които могат да бъдат променени и коригирани, за да се опитат да подобрят резултатите – което, надяваме се, ще доведе до друг икономически ефективен и надежден начин за съхранение на енергия, на който можем да разчитаме.

„Нашият подход означава, че има редица начини да се опитаме да оптимизираме тези материали или чрез промяна на самия фотопревключвател, или на порестата рамка на хоста“, казва рентгеновият техник Натан Халкович от университета в Ланкастър.

Изследването е публикувано в „ Химия на материалите“ .