Если мы собираемся лучше питать планету возобновляемой энергией, нам нужно лучше находить способы эффективного хранения этой энергии до тех пор, пока она не понадобится – и ученые определили конкретный материал, который может дать нам именно это.
Этот материал известен как металлорганический каркас (MOF), в котором молекулы на основе углерода образуют структуры, связывая ионы металлов. Важно отметить, что MOF являются пористыми, поэтому они могут образовывать композитные материалы с другими небольшими молекулами.
Именно это команда и сделала, добавив молекулы светопоглощающего соединения азобензола. Готовый композитный материал был способен накапливать энергию от ультрафиолетового излучения в течение по крайней мере четырех месяцев при комнатной температуре, прежде чем выпустить ее снова – большое улучшение по сравнению с большинством светочувствительных материалов.
«Этот материал функционирует немного как материалы фазового перехода, которые используются для подачи тепла в ручные грелки», — говорит химик Джон Гриффин из Ланкастерского университета в Великобритании.
«Однако, в то время как грелки для рук нужно нагревать, чтобы зарядить их, хорошая вещь в этом материале заключается в том, что он захватывает свободную энергию непосредственно от солнца.»
Азобензол действует как фотопереключатель — молекулярная машина, которая реагирует на внешние раздражители, такие как свет или тепло. Под ультрафиолетовым светом молекулы меняют форму, оставаясь в структуре пор MOF, эффективно накапливая энергию.
Применение тепла к композитному материалу MOF вызывает быстрое высвобождение энергии, которая сама выделяет тепло, которое затем потенциально может быть использовано для нагрева других материалов или устройств.
В то время как материал все еще нуждается в некоторой доработке, чтобы стать коммерчески жизнеспособным, он может в конечном итоге использоваться для удаления льда с ветровых стекол автомобилей, или поставлять дополнительное отопление для домов и офисов, или в качестве источника тепла для мест вне сети. Фотопереключатели, подобные этому, также имеют применение в хранении данных и доставке лекарств.
«У него также нет движущихся или электронных частей, и поэтому нет никаких потерь, связанных с хранением и высвобождением солнечной энергии», — говорит Гриффин. «Мы надеемся, что с дальнейшим развитием мы сможем производить другие материалы, которые хранят еще больше энергии.»
В то время как прошлые исследования также рассматривали хранение солнечной энергии в фотопереключателях, обычно они должны храниться в жидкостях. Переход на композитное твердое вещество MOF означает, что систему легче содержать и она обладает большей химической стабильностью.
Прямо сейчас требуется больше работы, чтобы подготовить этот материал MOF к широкому использованию. В то время как тесты показали, что он может удерживать энергию в течение нескольких месяцев, плотность энергии материала относительно низка, что является одной из областей, которые исследователи надеются улучшить.
Хорошей новостью является то, что есть много настроек, используемых в этом исследовании, которые могут быть изменены и скорректированы, чтобы попытаться улучшить результаты – что, как мы надеемся, приведет к другому экономичному и надежному способу хранения энергии, на который мы можем положиться.
«Наш подход означает, что есть несколько способов попытаться оптимизировать эти материалы либо путем изменения самого фотопереключателя, либо пористого каркаса хоста», — говорит рентгенолог Натан Халькович из Ланкастерского университета.
