Специалисты Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представили технологию аккумулирования солнечной энергии, которая позволяет сохранять тепло в течение длительного времени без использования традиционных батарей. Результаты исследования, опубликованные в журнале «Science», описывают работу синтетического материала на основе модифицированной органической молекулы – пиримидона. По своей структуре это соединение напоминает фрагмент ДНК, способный обратимо менять форму под воздействием ультрафиолетового излучения.
В отличие от распространенных фотоэлектрических панелей, преобразующих свет в электричество, предложенная система использует метод молекулярного термического хранения энергии. При поглощении солнечного света молекула переходит в высокоэнергетическое состояние, действуя по принципу сжатой пружины, и остается в нем до момента активации. Высвобождение накопленной энергии происходит в виде тепла при воздействии катализатора или незначительного нагрева. По словам авторов работы, такая химическая система является полностью возобновляемой и пригодной для многократного использования.
Одной из ключевых характеристик нового материала стала его высокая энергоемкость. Согласно измерениям, плотность хранения энергии достигает 1,6 мегаджоуля на килограмм, что превышает показатели современных литий-ионных аккумуляторов, составляющие около 0,9 мегаджоуля на килограмм. При этом компьютерное моделирование, проведенное совместно с исследователями из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, подтвердило способность материала удерживать заряд в течение нескольких лет без значительных потерь.
Эффективность разработки была доказана в ходе эксперимента, где энергии высвобожденного тепла оказалось достаточно для кипячения воды в обычных условиях. Ученые подчеркивают, что достижение подобной температуры в рамках систем молекулярного хранения ранее представляло серьезную техническую проблему. Компактность и легкость молекулярной структуры позволяют рассматривать технологию как основу для автономных систем отопления, не зависящих от общей электросети.
Предполагается, что в будущем подобные растворимые материалы смогут циркулировать в коллекторах на крышах зданий, накапливая энергию днем и сохраняя ее в специальных резервуарах для обогрева помещений в ночное время. Разработчики планируют адаптировать технологию для использования в бытовых водонагревателях и мобильных устройствах для походов, где требуется компактный источник тепла. Проект уже получил поддержку фонда Мура для дальнейшего совершенствования концепции перезаряжаемых солнечных батарей.
