Многообещающий материал может хранить солнечную энергию в течение месяцев или лет

По мере того как мы переходим от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии для борьбы с изменением климата, все большее значение приобретает необходимость в новых способах улавливания и хранения энергии.

Исследователи Ланкастерского университета, изучающие кристаллический материал, обнаружили, что он обладает свойствами, позволяющими улавливать энергию Солнца. Энергию можно хранить в течение нескольких месяцев при комнатной температуре, и по требованию ее можно выделять в виде тепла.

Новый солнечный аккумулятор

С дальнейшим развитием эти материалы могут предложить огромный потенциал в качестве способа улавливания солнечной энергии в летние месяцы и хранения ее для использования в зимнее время - в то время, когда солнечной энергии становится меньше.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

то оказалось бы неоценимым для таких применений, как системы отопления в автономных системах или удаленных местах, или в качестве экологически чистого дополнения к обычному отоплению в домах и офисах. Потенциально это могло бы также быть использовано как тонкое покрытие на поверхности зданий, или использовано на ветровых стеклах автомобилей, где сохраненное тепло могло бы быть использовано для антиобледенения стекла.

Материал основан на одном из типов "металлоорганических каркасов" (MOF). Они состоят из сети ионов металла, соединенных молекулами на основе углерода и образующих трехмерные структуры. Ключевым свойством MOF является то, что они пористые, что означает, что они могут образовывать композитные материалы, размещая другие небольшие молекулы в своих структурах.

Группа исследователей из Ланкастера поставила перед собой задачу выяснить, можно ли использовать MOF-композит, ранее подготовленный отдельной исследовательской группой Киотского университета в Японии и известный как "DMOF1", для хранения энергии - то, что ранее не исследовалось.

Поры MOF были загружены молекулами азобензена - соединения, которое сильно поглощает свет. Эти молекулы действуют как фотореле, которые являются одним из видов "молекулярной машины", которая может изменить форму, когда применяется внешний раздражитель, такой как свет или тепло.

В ходе испытаний исследователи подвергали материал воздействию ультрафиолета, который заставляет молекулы азобензола менять форму до напряженной конфигурации внутри MOF-пор. Этот процесс накапливает энергию подобно потенциальной энергии изогнутой пружины. Важно отметить, что узкие MOF поры улавливают молекулы азобензола в их напряженной форме, что означает, что потенциальная энергия может сохраняться в течение длительного времени при комнатной температуре.

Энергия снова высвобождается, когда внешнее тепло используется в качестве триггера для "переключения" своего состояния, и это высвобождение может быть очень быстрым, как будто пружина откидывается назад прямо. Это обеспечивает тепловой заряд, который может быть использован для нагрева других материалов устройств.

Дальнейшие испытания показали, что материал способен хранить энергию как минимум четыре месяца. Это захватывающий аспект открытия, так как многие светочувствительные материалы переключаются обратно в течение нескольких часов или нескольких дней. Большая продолжительность накопленной энергии открывает возможности для межсезонного хранения.

Концепция хранения солнечной энергии в фотоприемниках изучалась и раньше, однако большинство предыдущих примеров требовали, чтобы фотоприемники находились в жидком состоянии. Поскольку композит MOF является твердым, а не жидким топливом, он химически стабилен и легко удерживается. Это значительно облегчает превращение в покрытия или автономные устройства.

Доктор Джон Гриффин, старший преподаватель химии материалов в Университете Ланкастера и ведущий научный сотрудник исследования: "Материал функционирует немного похоже на материалы с фазовыми изменениями, которые используются для подачи тепла в подогреватели рук. Однако, в то время как ручные подогреватели необходимо нагревать для подзарядки, самое приятное в этом материале то, что он улавливает "свободную" энергию непосредственно от солнца. Он также не имеет ни движущихся, ни электронных частей, поэтому нет никаких потерь, связанных с хранением и высвобождением солнечной энергии. Мы надеемся, что с дальнейшим развитием мы сможем сделать другие материалы, которые будут хранить еще больше энергии".

Эти открытия дают возможность исследовать, какие еще пористые материалы могут обладать хорошими свойствами по хранению энергии, используя концепцию замкнутых фотоэлектрических выключателей.

Научный сотрудник Нейтан Халькович (Nathan Halcovitch) добавил: "Наш подход означает, что существует ряд способов попытаться оптимизировать эти материалы либо путем изменения самого фотоприемника, либо путем изменения каркаса пористого носителя".

К другим потенциальным областям применения кристаллических материалов, содержащих молекулы фотоотключателей, относится хранение данных - четко определенное расположение фотоотключателей в кристаллической структуре означает, что их можно в принципе переключать один за другим, используя точный источник света, и, таким образом, хранить данные, как на CD или DVD, но на молекулярном уровне. 

Хотя результаты были многообещающими для способности этого материала хранить энергию в течение длительного времени, его плотность энергии была скромной. Дальнейшие шаги заключаются в исследовании других структур МОФ, а также альтернативных типов кристаллических материалов с большим потенциалом накопления энергии. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet