Новый светоактивный материал способен сохранять потенциальную энергию в течение месяцев и лет

Исследователи из Ланкастерского университета разработали новый материал, который может накапливать энергию месяцами, а возможно и годами. Материал может активироваться светом, а затем высвобождать накопленную энергию в виде тепла.

Команда начала с металлоорганического каркаса (MOF), кристаллического материала из органических и неорганических компонентов, например из ионов металлов. Металлоорганические каркасные структуры известны высокими значениями пористости и большой площадью поверхности. Это, в свою очередь, позволяет удерживать большое количество молекул, что делает MOF идеальным полимером для опреснения или фильтрации воды, улавливания углекислого газа из воздуха или доставки лекарств в организм. 

Ученые решили проверить, насколько хорошо MOF может хранить энергию. Они начали с версии материала под названием DMOF1 и наполнили его поры молекулами азобензола. Это соединение отлично поглощает свет, что приводит к физическому изменению формы его молекул.

Когда материал подвергается воздействию ультрафиолетового света, молекулы азобензола изгибаются в напряженную форму, и обычно «отскакивают» назад, как только свет выключается. Но в этом случае крошечные поры MOF удерживали их в этой форме, сохраняя потенциальную энергию аналогично сжатой пружине.

Для того, чтобы вернуть эту энергию, ученые немного нагрели материал. В этот момент он быстро высвободил накопленную энергию в виде выброса тепла. Поскольку это механический эффект, он не требует внешнего источника энергии для хранения энергии, и его можно проводить при комнатной температуре в течение длительных периодов времени.

В исследовании сохранение энергии продолжалось весь четырехмесячный период эксперимента, и, по оценкам исследователей, срок такого хранения должен составлять до 4,5 лет.

«Материал немного похож на материалы с фазовым переходом, которые используются для подачи тепла в грелках для рук. Однако грелки для рук необходимо нагревать для их зарядки, а выгодная особенность этого материала заключается в том, что он улавливает «свободную» энергию непосредственно от Солнца. В нем также нет движущихся или электронных частей, и поэтому нет никаких рисков, связанных с хранением и высвобождением энергии. Мы надеемся, что с дальнейшим развитием мы сможем производить другие материалы, в которых накапливается еще больше энергии», — говорит Джон Гриффин, ведущий автор исследования.

Команда утверждает, что в нынешнем виде этот материал имеет довольно низкую плотность энергии, но дальнейшая работа будет направлена ​​на ее улучшение. В конечном итоге этот материал можно будет использовать для улавливания энергии Солнца в течение дня, чтобы выделять тепло ночью или для хранения летней энергии и последующего использования ее зимой. Материал может быть полезным покрытием для обогрева зданий или для быстрого удаления льда с окон и ветровых стекол холодным зимним утром.