Innowacje w energetyce solarnej

Innowacyjny materiał opracowali naukowcy z Uniwersytetu Lancaster w Wielkiej Brytanii. Dzięki specjalnemu dodatkowi ich MOF przechowuje energię słoneczną nawet przez cztery miesiące!

O wartości energii słonecznej chyba nie trzeba już nikogo przekonywać. Jednym z jej niewielu mankamentów jest jednak nietrwałość źródła. Nic dziwnego, że naukowcy wciąż poszukują sposobów na to, aby móc ją magazynować bez utraty mocy. Jeden z najnowszych wynalazków to MOF uzupełniony o azobenzen, dzięki czemu powstał materiał, który pozwala przechować pozyskaną ze słońca energię naprawdę długo, a następnie bezstratnie ją uwolnić.

Co to jest MOF?

MOF (ang. metal-organic framework) to skrót oznaczający metaloorganiczny szkielet zbudowany z cząsteczek opartych na atomie węgla oraz jonów metali. Ma porowatą powierzchnię, co pozwala na tworzenie kompozytów MOF z innymi małymi cząsteczkami. Materiały te, dzięki swoim właściwościom, mogą być wykorzystywane bardzo szeroko, m.in. do magazynowania gazów i energii, pozyskiwania wody pitnej z powietrza, jako materiały magnetyczne, a nawet jako nośniki leków.

Wydajny magazyn energii

W ramach swoich badań naukowcy z Uniwersytetu Lancaster wykorzystali zdolności magazynujące MOF-u. Do kompozytu przygotowanego na Uniwersytecie w Kioto w Japonii, znanego jako DMOF1, dodali molekuły pochłaniającego światło azobenzenu. Dzięki temu uzyskali materiał, który był w stanie przechować energię solarną przez minimum cztery miesiące, a następnie uwolnił ją bez utraty energii.

Podczas testów naukowcy wykorzystali światło UV, które powoduje, że cząsteczki azobenzenu wewnątrz porów MOF zmieniają kształt i tworzą naprężoną strukturę. Dzięki temu możliwe jest zatrzymanie energii w podobny sposób, jak to jest w przypadku energii potencjalnej wygiętej sprężyny. To waśnie sprawia, że zgromadzona w MOF energia potencjalna może być przechowywana przez długi czas, i to w temperaturze pokojowej.

Jak przebiega uwalnianie energii?

Do tego celu stosuje się ciepło z zewnątrz, które sprawia, że zmienia się kształt cząsteczek azobenzenu, a energia błyskawicznie się uwalnia. Tu również sprawdza się porównanie do sprężyny. Odskakując i zmieniając kształt, molekuły uwalniają ciepło, które może być wykorzystane do ogrzania urządzeń lub innych materiałów.

Kluczem do dalszego rozwoju magazynu stworzonego przez naukowców z Lancasteru jest możliwość tak długiego przechowywania energii przez ich MOF. Dotychczas materiały reagujące na światło cofały się przez kilka godzin, najwyżej dni. Cztery miesiące to przy tym bardzo długi okres, kiedy energia może po prostu pozostać w magazynie.

– Materiał działa trochę jak materiały przemiany fazowej, które służą do dostarczania ciepła w ogrzewaczach do rąk – mówi dr John Griffin, starszy wykładowca chemii materiałowej na Uniwersytecie Lancaster i główny badacz zespołu. – O ile jednak podgrzewacze do rąk wymagają podgrzania w celu ich ponownego naładowania, zaletą tego materiału jest to, że przechwytuje on „darmową” energię bezpośrednio ze słońca. Nie ma również części ruchomych ani elektronicznych, więc nie ma strat związanych z magazynowaniem i uwalnianiem energii słonecznej. Mamy nadzieję, że wraz z dalszym rozwojem będziemy mogli tworzyć inne materiały, które magazynują jeszcze więcej energii.

Będzie komercjalizacja?

Wiele na to wskazuje, aczkolwiek – jak podkreślają sami twórcy – wymaga to jeszcze sporo pracy. Powodem jest choćby fakt, że mimo trwałości, MOF ma bardzo niską gęstość energetyczną, a to z pewnością wymaga jeszcze dopracowania. Aczkolwiek tutaj jest już sporo możliwości. Najważniejsze w tym przypadku już za nimi.

Anoda

Źródło: Lancaster University