Chemici z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře vyvinuli metodu skladování energie, která nevyžaduje baterie: V odborném článku časopisu Science, popisují profesorka Grace Han a její tým nový materiál, který dokáže zachytit sluneční světlo, uložit ho v chemických vazbách a v případě potřeby ho znovu uvolnit – nikoli však ve formě elektřiny, ale tepla.
Hlavním materiálem je modifikovaná organická molekula nazývaná pyrimidon. Jedná se o objev v oblasti takzvaného molekulárního solárně-tepelného skladování energie, zkráceně MOST (Molecular Solar Thermal). Tato látka je dokonce opakovaně použitelná.
Mohlo by vás zajímat
Stlačený vzduch místo lithia: Nové domácí úložiště pro fotovoltaiku slibuje dlouhou životnost
Novinky
Nový typ molekul může potenciálně uchovávat sluneční energii po celá léta
„Vzpomeňte si na fotochromatické sluneční brýle. Když jste uvnitř, skla jsou čirá. Jakmile vyjdete na slunce, sama ztmavnou. Když se vrátíte dovnitř, skla se opět zjasní,“ vysvětluje doktorand Han Nguyen z výzkumného týmu. „Tento druh reverzibilní změny nás zajímá. Jenže místo změny barvy chceme stejný princip využít k ukládání energie, jejímu uvolňování podle potřeby a opakovanému používání materiálu.“
Při vývoji molekul se výzkumný tým inspiroval deoxyribonukleovou kyselinou (DNA), tedy látkou, která kóduje a ukládá genetickou informaci všech známých živých organismů. Struktura pyrimidonu se podobá složce DNA, která pod vlivem UV záření může procházet reverzibilními strukturálními změnami – což je jeden z důvodů, proč se spálíme na slunci.
Tým vyvinul syntetickou verzi této struktury a vytvořil tak molekulu, která dokáže reverzibilně ukládat a uvolňovat energii – při pokojové teplotě dokonce po dobu delší než jeden rok. „Kladli jsme důraz na lehký a kompaktní design molekuly,“ říká Nguyen. „Pro tento projekt jsme vynechali vše, co jsme nepotřebovali. Odstranili jsme vše, co bylo zbytečné, aby byla molekula co nejkompaktnější.“
Účinnost mechanismu je srovnatelná s pružinou
Zatímco běžné solární články přeměňují světlo na elektřinu (elektrickou energii), většina ostatních přírodních systémů přeměňuje světlo na energii chemickou. Stejně tak i nová molekula, jejíž princip účinku je srovnatelný s mechanickou pružinou: když je vystavena slunečnímu záření, zkroutí se do napnuté, vysoce energetické formy. V této formě zůstává, dokud ji nějaký spouštěč – například malé množství tepla nebo katalyzátor – nevrátí do uvolněného stavu, čímž molekula zároveň uvolní uloženou energii ve formě tepla.
„Obvykle to popisujeme jako dobíjecí solární baterii,“ říká doktorand Nguyen. „Ukládá sluneční světlo a lze ji znovu dobít.“ Princip je tedy srovnatelný s malými tekutými teplotními polštářky, které se vloží do vroucí vody a později se „aktivují“, načež uvolní uloženou energii ve formě tepla.
Mohlo by vás zajímat
Úžasný výkon: v ukázce výzkumný tým přivádí vodu k varu
Molekula má energetickou hustotu více než 1,6 megajoulu na kilogram. Pro srovnání: běžné lithium-iontové baterie mají energetickou hustotu přibližně 0,9 megajoulu na kilogram. Výzkumná skupina na Kalifornské univerzitě dosáhla rozhodujícího průlomu, když se jí podařilo tuto vysokou energetickou hustotu proměnit v hmatatelné výsledky: v rámci studie vědci prokázali, že teplo vydávané tímto materiálem je dostatečně intenzivní, aby přivedlo vodu k varu – což je výkon, kterého se zatím v dosavadním výzkumu oblasti MOST nepodařilo dosáhnout.
„Přivedení vody k varu je energeticky náročný proces,“ říká Nguyen. „Skutečnost, že to dokážeme za běžných okolních podmínek, je velký úspěch.“
Mohlo by vás zajímat
Možné využití v praxi – vytápění domů a instantní zdroj energie
Podle vědců otevírají výsledky praktické možnosti využití, které sahají od autonomních řešení pro ohřev při kempování až po vytápění teplou vodou v obytných budovách. Vzhledem k tomu, že materiál je rozpustný ve vodě, mohl by být v zásadě čerpán také solárními kolektory namontovanými na střeše, aby se během dne nabil a uložil do nádrží, odkud by v noci dodával teplo.
U fotovoltaických článků je k ukládání energie zapotřebí dodatečný bateriový systém. Díky molekulárnímu solárně-termickému ukládání energie ale tato potřeba odpadá: materiál ukládá energii ze slunečního záření sám.
Zdroj: Science
