Закат, который можно отложить: молекулярная пружина из Калифорнии научилась держать заряд годами
Современная наука открывает новые горизонты в использовании возобновляемых ресурсов, предлагая методы, которые кажутся сошедшими со страниц фантастических романов. Исследователи разработали вещество, способное консервировать солнечные лучи внутри своей структуры на десятилетия, чтобы в нужный момент превратить их в мощный тепловой поток. Об этом со ссылкой на работу химиков из Калифорнийского университета сообщает журнал Science.
Молекулярная ловушка для фотонов
Новая технология относится к классу MOST — молекулярных систем накопления солнечной тепловой энергии. В отличие от традиционных солнечных батарей, которые преобразуют свет в электричество для зарядки громоздких аккумуляторов, этот материал работает иначе. Энергия фиксируется непосредственно внутри химических связей органического соединения, превращая саму молекулу в компактное хранилище.
Принцип действия напоминает работу сжатой пружины: под воздействием ультрафиолета молекула меняет свою форму, переходя в состояние с высоким энергетическим потенциалом. В таком "заряженном" виде она может пребывать годами, не теряя накопленного ресурса. Подобно тому как космические тела доставляют на Землю сложные органические элементы, ученые используют фундаментальные законы химии для создания рукотворных энергоносителей.
Секрет структуры и эффективность
В основу разработки лег пиримидон — соединение, которое по своему строению напоминает фрагменты нашей ДНК. С помощью сложнейшего компьютерного моделирования ученые удалили из молекулы всё лишнее, добившись рекордной компактности и плотности хранения энергии. Показатели впечатляют: один килограмм такого вещества удерживает 1,6 мегаджоуля, что почти в два раза выше характеристик обычного литий-ионного аккумулятора.
Для высвобождения накопленного тепла достаточно добавить специальный катализатор или немного нагреть состав. В лабораторных условиях химикам удалось довести воду до кипения в обычной пробирке без использования плитки или горелки. Это стало возможным благодаря резкому переходу изомера в стабильное состояние, сопровождающемуся мощным выбросом тепловой энергии.
"Эта концепция предполагает многоразовое использование и переработку. На солнце молекула "заряжается", как фотохромные линзы в очках, а затем контролируемо отдает энергию по сигналу", — поясняет ведущий автор работы, аспирант Хан Нгуен.
Перспективы автономного тепла
Практическое применение технологии видится в создании портативных систем обогрева и автономных установок для регионов, лишенных стабильных электросетей. Поскольку материал отлично растворяется в жидкостях, его можно интегрировать в системы солнечных коллекторов. Днем раствор будет циркулировать под солнцем, накапливая заряд, а ночью — обеспечивать дом теплом, избавляя владельцев от необходимости покупать дорогие батареи.
Подобно тому как холод замедляет работу электроники, традиционные накопители зависят от внешних условий, тогда как химические связи MOST остаются стабильными при различных температурах. Хотя метод пока находится на стадии лабораторных испытаний, он уже доказывает: солнечный свет можно хранить так же надежно, как топливо в канистре.
