Ученые создали органическую молекулу, способную аккумулировать солнечную энергию в химических связях на протяжении нескольких лет и затем выделять ее в виде тепла по мере необходимости.
Исследователи из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре создали модифицированную органическую молекулу на основе пиримидона, которая может поглощать солнечное излучение и хранить энергию в химических связях на протяжении нескольких лет, а затем высвобождать ее в виде тепла по запросу. Результаты работы были опубликованы в журнале Science и представляют собой важный шаг в области молекулярного солнечного теплового хранения.
Традиционные солнечные панели успешно преобразуют свет в электрическую энергию, однако требуют громоздких аккумуляторных систем для обеспечения потребителей теплом или электричеством в ночное время. Новое решение от ученых устраняет необходимость в таких батареях, так как они аккумулируют энергию непосредственно в структуре молекулы.
Принцип работы молекулярного солнечного аккумулятора
Молекула функционирует как механическая пружина: под действием солнечного света она принимает напряженную, высокоэнергетическую форму. Энергия остается «запертой», пока материал не подвергнется легкому нагреву или воздействию катализатора, что приводит к «расслаблению» молекулы и выделению тепла.
Исследователи отмечают компактность и устойчивость новой молекулы, названной Dewar pyrimidone (по аналогии с сосудом Дьюара — емкости для хранения жидкого гелия и других сверххолодных веществ). Она обеспечивает плотность энергии более 1,6 МДж/кг — почти в два раза выше, чем у стандартных литий-ионных аккумуляторов (~0,9 МДж/кг). Практическая демонстрация показала, что выделяемого тепла достаточно для кипячения воды при комнатной температуре.
Потенциальные области применения включают автономное нагревание воды, обогрев в кемпингах, а также интеграцию в солнечные коллекторы с хранением тепла для последующего использования ночью.
Значение для энергетического будущего
Прогресс в технологиях хранения солнечной энергии является ключевым фактором в переходе к устойчивой энергетике. Проблема прерываний в производстве энергии при отсутствии солнечного света остается одной из главных в данной области. Несмотря на рост доли солнечной генерации в мировом масштабе, значительная часть энергии все еще производится из ископаемых источников.
Ранее предлагались подобные подходы: исследователи из Швеции и Сингапура работали над «молекторами», способными хранить световую энергию в течение многих лет и выпускать ее в виде тепла, однако текущий прорыв выделяется высокой плотностью накопления и практическими демонстрациями.
Такого рода молекулы могут в будущем стать альтернативой громоздким и дорогостоящим аккумуляторным системам, особенно в удаленных и автономных энергетических схемах, где ключевым является хранение тепла, а не электричества. Также возможно применение молекулярных аккумуляторов в околоземном космосе и в процессе колонизации Солнечной системы.
.Недавно ученые описали, как солнечная энергия может помочь в добыче кислорода из лунного грунта.
Фото: hi-tech.mail.ru