Химики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создали органическую молекулу, способную напрямую улавливать и стабильно сохранять солнечную энергию в своих химических связях. Технология обещает стать эффективной альтернативой традиционным аккумуляторным батареям в сфере долгосрочного хранения тепла. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Современная возобновляемая энергетика критически зависит от классических батарей, которые хранят энергию за счет перемещения электронов. Однако традиционные литий-ионные накопители имеют множество недостатков: со временем они деградируют, склонны к самовозгоранию, требуют использования редких металлов, а главное — совершенно не подходят для длительного хранения больших объемов энергии без естественных потерь заряда.
Энергия с помощью молекулы
Американские ученые представили принципиально иной подход к сохранению ресурсов, получивший название MOST (Molecular Solar Thermal Storage, молекулярное солнечное тепловое хранение). В основе системы лежит уникальная молекула пиримидона, структура которой была специально модифицирована для захвата света. В отличие от тяжелых солнечных панелей, преобразующих свет в электричество, эта технология сохраняет энергию в виде химических связей.
Процесс напоминает взведение микроскопической мышеловки. Когда солнечные лучи попадают на молекулу, она претерпевает процесс фотоизомеризации: ее пространственная геометрия изменяется без разрушения самих связей. В результате молекула переходит в напряженную форму и способна стабильно оставаться в таком состоянии на протяжении длительного времени.
Чтобы высвободить накопленную энергию, к жидкости применяется специальный твердый кислотный катализатор. В этот момент изомер мгновенно возвращается в свое исходное состояние, выделяя колоссальное количество тепла, которого достаточно для быстрого закипания воды. Поскольку половина мирового спроса на энергию приходится именно на отопление и приготовление пищи, такая система прямого нагрева выглядит гораздо логичнее электрических схем.
По плотности хранения новая технология демонстрирует поразительные результаты: молекулярная жидкость вмещает около 444 ватт-часов на килограмм веса, что почти вдвое превышает средние показатели современных аккумуляторов электромобилей. В настоящее время инженеры активно работают над адаптацией химической ловушки для эффективного поглощения видимого спектра света, чтобы нарастить ее КПД за пределами лаборатории.
Ранее исследователи представили абсолютно негорючий электролит для натрий-ионных аккумуляторов, который физически блокирует процесс возгорания батарей
