Zamknęli Słońce w butelce za pomocą płynnej baterii. "Przełomowa technologia"
Naukowcy wynaleźli nową, potężną cząsteczkę magazynującą energię słoneczną, która zatrzymuje światło słoneczne niczym akumulator i uwalnia je później w postaci ciepła.
Słońce daje nam więcej energii, niż potrafimy sensownie wykorzystać. Problem zaczyna się wtedy, gdy zachodzi. Panele fotowoltaiczne przestają produkować prąd, dom nadal trzeba ogrzać, wodę nadal trzeba podgrzać, a energia z południa nie czeka grzecznie do wieczora, jeśli wcześniej nie trafi do akumulatora albo sieci.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara stworzyli więc niezwykły nowy materiał, który działa jak ładowalny akumulator słoneczny, gromadząc światło słoneczne w maleńkich cząsteczkach i uwalniając je później w postaci ciepła, nawet długo po zachodzie słońca.
System zainspirowany odwracalnymi zmianami zachodzącymi w DNA i fotochromowymi okularami przeciwsłonecznymi, wychwytuje energię słoneczną bez konieczności korzystania z dużych baterii ani sieci elektrycznej. Cząsteczka może magazynować energię przez lata i gromadzi więcej energii na kilogram niż baterie litowo-jonowe.
Naukowcy sądzą, że być może znaleźli rozwiązanie, które eliminuje potrzebę stosowania masywnych systemów akumulatorowych i uniezależnienia od sieci elektroenergetycznej.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Science, profesor Grace Han i jej zespół badawczy opisują nowy materiał zdolny do pochłaniania światła słonecznego, magazynowania tej energii w wiązaniach chemicznych, a następnie uwalniania jej w postaci ciepła, gdy jest to potrzebne. Materiał ten oparty jest na zmodyfikowanej cząsteczce organicznej o nazwie pirymidon i stanowi nowy krok naprzód w technologii magazynowania energii słonecznej metodą molekularną (MOST).
Koncepcja jest wielokrotnego użytku i nadaje się do recyklingu. Pomyśl o fotochromowych okularach przeciwsłonecznych. Kiedy jesteś w środku, to po prostu przezroczyste soczewki. Wychodzisz na słońce, a one same ciemnieją. Wracasz do środka, a soczewki znów stają się przezroczyste. Interesuje nas właśnie taka odwracalna zmiana. Tylko zamiast zmieniać kolor, chcemy wykorzystać tę samą ideę do magazynowania energii, uwalniania jej w razie potrzeby, a następnie wielokrotnego wykorzystywania materiału – powiedział Han Nguyen, główny autor badania.
Magazynowanie energii słonecznej inspirowane DNA
Podczas projektowania cząsteczki naukowcy zaczerpnęli inspirację z DNA. Struktura pirymidonu przypomina składnik naturalnie występujący w DNA, który może odwracalnie zmieniać kształt pod wpływem promieniowania ultrafioletowego.
Wykorzystując syntetyczną wersję tej struktury, zespół skonstruował cząsteczkę zdolną do wielokrotnego magazynowania i uwalniania energii. Aby lepiej zrozumieć, dlaczego cząsteczka pozostawała stabilna, utrzymując energię przez długi czas, naukowcy nawiązali współpracę z wybitnym profesorem naukowym Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, Kenem Houkiem.
Modelowanie komputerowe pomogło wyjaśnić, w jaki sposób materiał mógł magazynować energię przez lata bez znaczących strat.
Postawiliśmy na lekką, kompaktową konstrukcję cząsteczki. W tym projekcie wycięliśmy wszystko, czego nie potrzebowaliśmy. Wszystko, co było zbędne, usunęliśmy, aby cząsteczka była jak najbardziej kompaktowa – powiedział Nguyen.
Więcej na Spider's Web:
Bateria słoneczna wielokrotnego użytku
W przeciwieństwie do standardowych paneli słonecznych, które bezpośrednio przetwarzają światło słoneczne na energię elektryczną, tnowy system magazynuje energię chemicznie. Cząsteczka zachowuje się jak ściśnięta sprężyna. Po pochłonięciu światła słonecznego przekształca się w napiętą, wysokoenergetyczną formę i pozostaje w tym stanie aż do momentu aktywacji.
Pod wpływem czynnika wyzwalającego, takiego jak niewielka ilość ciepła lub katalizator, cząsteczka powraca do pierwotnej formy, uwalniając zmagazynowaną energię w postaci ciepła.
Zwykle opisujemy to jako akumulator słoneczny. Przechowuje światło słoneczne i można go ładować – opisuje Nguyen.
Cząsteczka zapewnia również imponującą gęstość energii. Według naukowców, magazynuje ponad 1,6 megadżula energii na kilogram. Dla porównania, konwencjonalny akumulator litowo-jonowy magazynuje około 0,9 MJ/kg. Nowy materiał przewyższył również wcześniejsze generacje przełączników optycznych z magazynowaniem energii.
Technologia ta może w przyszłości znaleźć zastosowanie w wielu praktycznych zastosowaniach, takich jak systemy ogrzewania kempingowego lub podgrzewania wody w domu. Ponieważ materiał rozpuszcza się w wodzie, naukowcy twierdzą, że w przyszłości może on krążyć w ciągu dnia w dachowych kolektorach słonecznych, a następnie być magazynowany w zbiornikach, które będą oddawać ciepło w nocy.
W przypadku paneli słonecznych potrzebny jest dodatkowy system akumulatorów do magazynowania energii. Dzięki molekularnemu magazynowaniu energii cieplnej pochodzącej ze słońca, sam materiał jest w stanie magazynować tę energię – powiedział współautor Benjamin Baker.
