Американские исследователи открыли новый способ химического хранения энергии солнечного света. Комбинация углеродных нанотрубок и органической кольцевой молекулы оказалась эффективной «световой батареей». Подсвеченный светом, этот комплекс меняет свою структуру на более энергичную форму. Только когда он получает новый стимул, структура возвращается к прежней форме. При этом он высвобождает накопленную энергию в виде тепла.
«У вас есть материал, который преобразует и хранит энергию. Он надежный, не разлагается и дешевый», - говорит Алекси Колпак из Массачусетского технологического института (MIT). Большим преимуществом является высокая плотность энергии соединения: она соответствует плотности обычного литий-ионного аккумулятора. Это означает, что соединение нанотрубок может хранить в 10 000 раз больше энергии в том же объеме, чем предыдущие материалы для хранения света. В отличие от них в новом материале также отсутствует ценный и дефицитный элемент рутений.
Однако есть еще одно ограничение, признают исследователи в специализированном журнале «Nano Letters»: система хранения нанотрубок хорошо подходит для производства тепла. Однако для того, чтобы использовать его для выработки электроэнергии из солнечного света, необходимо установить дополнительную ступень преобразования, например, паровую турбину.
Хранение химикатов пока слишком нестабильно или слишком дорого
Преобразование в химическую энергию является хорошим способом хранения солнечной энергии в течение более длительного периода времени с относительно небольшими потерями. Однако, по словам исследователей Массачусетского технологического института, в настоящее время для этого нет подходящего материала. Одни молекулы разрушаются уже через несколько циклов всасывания и высвобождения, другие слишком дороги. Теперь Колпак и ее коллеги, возможно, разработали химическое устройство хранения солнечной энергии, которое является одновременно дешевым и стабильным.
Нанотрубки как вспомогательное средство для строительства
Материал, разработанный исследователями, состоит из углеродных нанотрубок в качестве базовой структуры. К этим кольцеобразным углеводородам присоединяются азобензолы. Это соединение приобретает «новые свойства, недостижимые в отдельных молекулах», - говорит руководитель группы Джеффри Гроссман.
Энергетическая щель между двумя стабильными состояниями - низкоэнергетическим и высокоэнергетическим - которое может принять молекула, имеет решающее значение для ее хороших свойств в качестве накопителя энергии. Если зазор слишком мал, молекула слишком легко возвращается в свое основное состояние и перестает работать как память. Если зазор слишком велик, он не будет легко восстанавливать свою энергию.«Используя нанотехнологии, вы можете контролировать, сколько энергии может хранить молекула и как долго», - говорит Колпак.
Плотность энергии может быть значительно увеличена
«Что нового в этой работе, так это то, что она показывает, как можно значительно увеличить плотность энергии», - комментирует исследование Йосуке Канаи из Университета Северной Каролины. Эта новаторская идея открывает интересную возможность адаптировать известные фотоактивные молекулы для применения и хранения солнечной энергии.
«Я вижу в этом лишь верхушку айсберга», - соглашается исследователь Массачусетского технологического института Гроссман. Он и его команда уже активно изучают ряд новых материалов в качестве потенциальных устройств для хранения солнечной энергии.