Исследователи из Ланкастерского университета в Великобритании изучили кристаллический материал — твердый материал, состоящий из частей, таких как атомы, молекулы или ионы, расположенные в высокоупорядоченной микроскопической структуре — и обнаружили, что он обладает свойствами, позволяющими ему улавливать солнечную энергию. Энергия может храниться несколько месяцев при комнатной температуре и высвобождаться по требованию в виде тепла.
Хранение солнечной энергии
При дальнейшем развитии эти материалы могли бы обеспечить возможность улавливать солнечную энергию в летние месяцы и хранить ее для использования зимой, когда солнечной энергии меньше.
Это оказалось бы бесценным для таких вещей, как отопительные системы в автономных системах или удаленных местах, или как экологически чистый источник для дополнительного отопления в домах и офисах. Потенциально его также можно было бы производить в виде тонкого покрытия и наносить на поверхность зданий.
Исследование под названием «Долгосрочное хранение солнечной энергии в обычных условиях в твердотельном фазопереходном материале на основе MOF» было опубликовано журналом Chemistry of Materials.
Как это работает
Кристаллический материал основан на типе «металлоорганических каркасов» (MOF), которые состоят из сети ионов металлов — атомов или молекул с чистым электрическим зарядом — связанных углеродсодержащими молекулами для образования 3-D структур. MOF являются пористыми, поэтому они могут образовывать композитные материалы, содержащие другие мелкие молекулы внутри своих структур. Композит MOF является твердым, поэтому он химически стабилен и легко удерживается.
Команда исследователей из Ланкастера хотела выяснить, можно ли использовать композит MOF, известный как DMOF1, ранее подготовленный исследовательской группой из Университета Киото в Японии, для хранения энергии. Это никогда раньше не исследовалось.
Поры MOF были загружены молекулами азобензола, соединения, которое сильно поглощает свет. Эти молекулы действуют как фотопереключатели, которые могут изменять форму при приложении внешнего стимула, такого как свет или тепло. Исследователи подвергли материал ультрафиолетовому излучению, что вызвало изменение формы молекул азобензола до напряженной конфигурации внутри пор MOF, подобно согнутой пружине. Узкие поры MOF удерживают молекулы азобензола в их напряженной форме, поэтому потенциальная энергия может храниться в течение длительного времени при комнатной температуре.
Когда внешнее тепло применяется в качестве триггера для «переключения» состояния, энергия снова высвобождается, как будто пружина распрямляется. Это обеспечивает тепло, которое может быть использовано для нагрева других материалов.
Захватывающим моментом является то, что дальнейшие испытания показали, что материал способен хранить энергию в течение как минимум четырех месяцев.
Доктор Джон Гриффин, ведущий научный сотрудник исследования, сказал:
Материал функционирует немного похоже на фазопереходные материалы, которые используются для получения тепла в грелках. Однако, в то время как грелки нужно нагревать для их перезарядки, прелесть этого материала в том, что он улавливает «бесплатную» энергию непосредственно от солнца. У него также нет движущихся или электронных частей, поэтому нет никаких потерь при хранении и высвобождении солнечной энергии.
Мы надеемся, что при дальнейшем развитии мы сможем создавать другие материалы, которые будут хранить еще больше энергии.
Следующим шагом является исследование других структур MOF, а также альтернативных типов кристаллических материалов с большим потенциалом хранения энергии.
Мнение Electrek
Подобные инновации крайне важны, поскольку мы стремительно переходим на зеленую энергетику и отказываемся от ископаемого топлива. Представьте себе наличие фотоэлектрических панелей и возможность хранить солнечную энергию, поступающую от этих панелей, в течение *месяцев*.
Каким же революционным изменением это стало бы в энергетике, и особенно для людей, живущих в регионах с сезонным климатом, например, в Северной Европе, где летом обычно солнечно, а зимой пасмурно.
Это очень захватывающее событие, и, безусловно, стоит следить за ним, чтобы узнать, какие шаги будут предприняты дальше.
Фото: Pixabay/Pexels.com