Предложен перспективный способ запасания солнечной энергии

Ученые из Массачусетского технологического института (МТИ) предложили перспективный химический способ запасания солнечной энергии при помощи гибридных наноструктур, сообщает Компьюлента.

Накопителями в предложенной схеме выступают химические связи светочувствительных молекул. При поглощении фотонов такие молекулы могут изменять форму и переходить в метастабильное возбуждённое состояние, тем самым запасая энергию. Чтобы высвободить её, необходимо некое внешнее воздействие (тепло, излучение, напряжение и т. п.). Оно сообщает молекулам требуемую энергию для высвобождения накопленных запасов, после чего весь процесс повторяется заново.

Аналогичную идею химики пытались реализовать ещё в семидесятых годах прошлого века, экспериментируя с самыми разными реакциями фотоизомеризации. Опыты показали, что энергию действительно можно сохранять и извлекать, но после нескольких рабочих циклов молекулы теряют свои свойства.

Проблема быстрого ухудшения характеристик накопителей была решена с появлением нового соединения — (фульвален)тетракарбонилдирутения. Эта молекула может многократно проходить цикл запасания и высвобождения энергии, но на практике она также не использовалась, поскольку в её состав входит редкий и дорогой рутений.

Новые вычисления проводились уже не для отдельных молекул, а для гибридных наноструктур, которые образованы производными азобензола, ковалентно связанными с углеродными нанотрубками. Азобензолом называют простейшее ароматическое азосоединение (органическое соединение, содержащее группу —N=N—) с двумя изомерами, переход между которыми инициируется ультрафиолетовым и голубым светом. Нанотрубки в данном случае играют роль подложки, задающей упорядоченное и плотное расположение светочувствительных молекул и помогающее увеличить объем запасенной энергии и время жизни фотовозбуждённого состояния.

Выполнив расчёты в рамках теории функционала плотности, учёные отыскали вполне подходящий вариант гибридной наноструктуры, построенной на основе 2,2’,5’-тригидроксидиазобензола. Если сравнить её со свободным азобензолом, то изменение количества запасаемой энергии составит целых 260%, а высота барьера, который необходимо преодолеть для высвобождения энергии, увеличивается на 20%. Фотовозбуждённое состояние такой структуры может просуществовать более года.

По данным авторов, объёмная плотность энергии, достижимая с применением описанных гибридов, приближается к 690 Вт•ч/л. Эта величина сравнима с показателями лучших литий-ионных аккумуляторов.