Розроблено матеріал, що поглинає сонячну енергію
Основна проблема сонячної енергетики в тому, що сонце світить не весь день, але вченим вдалося знайти рішення
Нещодавно вчені з Массачусетського технологічного інституту та Гарвардського університету розробили матеріал, здатний поглинати сонячну енергію та зберігати її у хімічній формі, готовій до споживання, повідомляється у phys.org.
Цей матеріал має свої мінуси: має досить низьку енергоефективність. Зате його можна використовувати як джерело тепла - наприклад, для теплопостачання підприємств, опалення будівель або для приготування їжі. Таким чином, можна пустити сонячну енергетику у нове русло.
Технологія проста: фотоіонізуючі молекули можуть перебувати у двох різних формах. Вони поглинають сонячну енергію і переходять із однієї форми до іншої, яка більш стабільна.
Непроста робота
Фотоіонізуючі молекули можуть змінювати форму під впливом тепла, світла або електричного імпульсу. Розряджаючи, вони виділяють теплову енергію. Принцип роботи нагадує теплові акумулятори: вони поглинають енергію Сонця, зберігають її, а потім виділяють у міру потреби.
Команда вчених під керівництвом Гроссмана три роки проводила дослідження. В результаті на основі комп'ютерного аналізу було отримано новий матеріал. Шлях від теорії до практики виявився складним: для досягнення бажаної густини енергії, тобто такої кількості енергії, яку може містити одиниця маси або обсягу матеріалу, необхідно було помістити молекули дуже близько один до одного. Ця операція виявилася непростою.
Команда вчених під керівництвом Гроссмана намагалася приєднати молекули до вуглецевих нанотрубок (УНТ), але «це виявилося неймовірно важко з урахуванням великої густини молекул»,повідомив Кучарський. Вчених чекав великий сюрприз: навіть у кращому випадку вони змогли б отримати щільність матеріалу вдвічі меншу за розрахункову, яка здатна зберігати тепло.
Додатковий аналіз показав, що фотоіонізуючі молекули, тобто молекули азобензолу, розташовані по краях УНТ, як зуби на гребінці. Деякі «зуби» знаходилися вдвічі далі один від одного, ніж розраховували вчені. Ці молекули чергувалися з молекулами азобензолу із сусідніх УНТ. У результаті молекули виявилися набагато ближчими один до одного, ніж очікувалося.
Для чого зберігати енергію Сонця?
Взаємодія між молекулами азобензолу на сусідніх УНТ призвела до успіху, повідомив Кучарскі. Попередні показники говорили, що розподіл молекул азобензолу на УНТ забезпечить збільшення заряду лише на 30%. Але внаслідок останнього експерименту заряд збільшився на 200%. Нові дослідження показали, що розподіл молекул між декількома нанотрубками, а не однією значно підвищує ефективність.
Ця технологія, за словами Гроссмана, дозволяє застосовувати багато нових матеріалів для зберігання теплової енергії. Наразі вчені вивчають інші комбінації молекул. «Дослідники отримали новий матеріал для поглинання сонячної енергії та розвиватимуть цю технологію», – повідомив він.
За словами Гроссмана, не лише електрична, а й теплова енергія знайде своє застосування. Наприклад, у багатьох країнах їжу готують на дровах. В результаті – забруднення повітря та вирубування лісів. Можливість зберігати теплову енергію для подальшого споживання виявиться дуже корисною.
На відміну від палива, що спалюється, нова технологія використовує матеріал, доступний для повторного використання.
Вчені будуть і надалі досліджувати матеріали, щоб впроваджувати їх уВиробництво. За словами Кучарські, масове виробництво такого матеріалу – це "великий крок у майбутнє".
Застосування вуглецевих нанотрубок для збільшення густини заряду батарей – це «розумний крок», каже молодший професор хімії в Університеті Північної Кароліни Йосуке Канаї.
«Ці результати додатково мотивують вчених до розробки нових сполук та композиційних матеріалів із кращою фотоіонізацією. Ця технологія забезпечить оптимальні умови зберігання сонячної енергії у хімічній формі», – каже Канаї.