16.04.2014

Разработан материал, поглощающий солнечную энергию

Основная проблема солнечной энергетики заключалась в том, что солнце светит не весь день, но ученым удалось найти решение.

Недавно ученые из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета разработали материал, способный поглощать солнечную энергию и хранить ее в химической форме, готовую к потреблению, сообщается в phys.org.

Этот материал имеет свои минусы: у него достаточно низкая энергоэффективность. Зато его можно использовать в качестве источника тепла – например, для теплоснабжения предприятий, отопления зданий либо для приготовления пищи. Таким образом, можно пустить солнечную энергетику в новое русло.

«Особенность этого материала в том, что он преобразует солнечную энергию в тепловую, доступную для хранения и передачи», – сообщил Джеффри Гроссман из Массачусетского технологического института. Эта технология описана в журнале Nature Chemistry под авторством Тимоти Кучарски и Джеффри Гроссмана.

Технология проста: фотоионизирующие молекулы могут находиться в двух разных формах. Они поглощают солнечную энергию и переходят из одной формы в другую, которая более стабильна.

Непростая работа

Фотоионизирующие молекулы могут менять форму под воздействием тепла, света или электрического импульса. Разряжаясь, они выделяют тепловую энергию. Принцип работы напоминает тепловые аккумуляторы: они поглощают энергию Солнца, сохраняют ее, а затем выделяют по мере надобности.

Команда ученых под руководством Гроссмана три года проводила исследования. В результате на основе компьютерного анализа был получен новый материал. Путь от теории к практике оказался сложным: для достижения желаемой плотности энергии, то есть такого количества энергии, которое может содержать единица массы или объема материала, необходимо было поместить молекулы очень близко друг к другу. Эта операция оказалась непростой.

Команда ученых под руководством Гроссмана пыталась присоединить молекулы к углеродным нанотрубкам (УНТ), но «это оказалось невероятно трудно с учетом большой плотности молекул», сообщил Кучарски. Ученых ждал большой сюрприз: даже в лучшем случае они смогли бы получить плотность материала вдвое меньше расчетной, которая способна сохранять тепло.

Дополнительный анализ показал, что фотоионизирующие молекулы, то есть молекулы азобензола, расположены по краям УНТ, как зубья на расческе. Некоторые «зубья» находились в два раза дальше друг от друга, чем рассчитывали ученые. Эти молекулы чередовались с молекулами азобензола с соседних УНТ. В итоге молекулы оказались гораздо ближе друг к другу, чем ожидалось.

Для чего хранить энергию Солнца?

Взаимодействия между молекулами азобензола на соседних УНТ привели к успеху, сообщил Кучарски. Предыдущие показатели говорили о том, что распределение молекул азобензола на УНТ обеспечит увеличение заряда лишь на 30%. Но в результате последнего эксперимента заряд увеличился на 200%. Новые исследования показали, что распределение молекул между несколькими нанотрубками, а не одной, значительно повышает эффективность.

Эта технология, по словам Гроссмана, позволяет применять множество новых материалов для хранения тепловой энергии. Сейчас ученые изучают другие комбинации молекул. «Исследователи получили новый материал для поглощения солнечной энергии и будут развивать эту технологию», – сообщил он.

По словам Гроссмана, не только электрическая, но и тепловая энергия найдет свое применение. Например, во многих странах пищу готовят на дровах. В результате – загрязнение воздуха и вырубка лесов. Возможность сохранять тепловую энергию для дальнейшего потребления окажется очень полезной.

В отличие от сжигаемого топлива, новая технология использует материал, доступный для повторного использования.

Ученые будут и дальше исследовать материалы, чтобы внедрять их в производство. По словам Кучарски, массовое производство такого материала – это «большой шаг в будущее».

Применение углеродных нанотрубок для увеличения плотности заряда батарей – это «разумный шаг», говорит младший профессор химии в Университете Северной Каролины Йосуке Канаи.

«Эти результаты дополнительно мотивируют ученых к разработке новых соединений и композиционных материалов с лучшей фотоионизацией. Эта технология обеспечит оптимальные условия хранения солнечной энергии в химической форме», – говорит Канаи.

Александр Федоров

Источники:

1. KM.RU