به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، یک پیشرفت جدید در مقیاس مولکولی میتواند مسیر جدیدی را برای ذخیرهسازی طولانیمدت انرژی خورشیدی برای گرمایش خانهها و تأمین آب گرم (بدون باتری) باز کند.
باتریها انرژی را به عنوان انرژی پتانسیل شیمیایی ذخیره میکنند. انرژی ذخیره شده در یک باتری شیمیایی به عنوان نوعی تنش و عدم تعادل در نحوه قرارگیری اتمها و الکترونها بین دو ماده وجود دارد. هنگامی که یک باتری شارژ میشود، انرژی خارجی، الکترونها و یونها را به پیکربندیهای انرژی بالاتر سوق میدهد، جایی که آنها به طور طبیعی نمیخواهند در آن بمانند و انرژی پتانسیل ایجاد میکنند. این معادل شیمیایی بلند کردن یک وزنه روی یک قفسه بلند یا فشردن یک فنر است.
آن انرژی پتانسیل تا زمانی که مدار بسته شود، به صورت تنش ذخیره شده باقی میماند و الکترونها میتوانند از طریق آن مدار از آند به کاتد به سمت حالت انرژی پایینتر جریان یابند. از نظر انرژی، آنها به سادگی در حال حرکت به سمت پایین هستند و آن انرژی پتانسیل ذخیره شده را آزاد میکنند که ما آن را به عنوان جریان الکتریکی در مدار استفاده میکنیم.
این سیستمی است که به طرز چشمگیری خوب کار میکند، به همین دلیل است که باتریها به ستون فقرات الکترونیک مدرن تبدیل شدهاند، اما مانند هر چیز دیگری در زندگی، آنها نیز محدودیتهایی دارند. باتریها با گذشت زمان، شروع به تخریب و آزاد کردن بقایای سفید گچمانندی میکنند یا شروع به متورم شدن و آزاد کردن گرما میکنند. آنها همچنین به مواد پیچیدهای متکی هستند و همیشه برای ذخیره انرژی در مدت زمان طولانی ایدهآل نیستند.
باتریها به ویژه برای انرژی خورشیدی، مراحل اضافی را معرفی میکنند. ابتدا نور خورشید باید از طریق پنلهای فتوولتائیک به برق تبدیل شود که سپس در یک باتری ذخیره میشود. وقتی به آن انرژی نیاز باشد، باید دوباره بیرون کشیده شود، از طریق یک مدار هدایت شود و دوباره به چیزی قابل استفاده برای چه نور، گرما یا حرکت تبدیل شود؛ بنابراین مهار قدرت خورشید در مولکولها میتواند یک روش ذخیره انرژی مکمل برای گرمایش را فراهم کند.
به گفته محققان دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا که موفق شدهاند سیستم کلی این روش را بسیار ساده کنند. آنها در یک مطالعه پیشگامانه که اخیراً در مجله Science منتشر شده است، ادعا میکنند که یک مولکول آلی توسعه دادهاند که قادر به جذب نور خورشید و ذخیره مستقیم آن در پیوندهای شیمیایی خود است و این مولکول از نظر چگالی انرژی بر حسب وزن، از همه باتریهای لیتیومی به جز برخی باتریهای آزمایشی پیشی میگیرد.
امروزه اکثر سیستمهای انرژی تجدیدپذیر برای ذخیره برق طراحی شدهاند، در حالی که در واقع آنچه شما اغلب میخواهید از انتهای دیگر خارج شود، در واقع گرما است. آب گرم، بسیاری از فرآیندهای صنعتی و گرمایش ساختمان همگی به انرژی حرارتی متکی هستند، بنابراین انرژی ذخیره شده در باتریهای سنتی باید یک مرحله تبدیل دیگر را طی کند. سیستم MOST برای حذف واسطه و برآورده کردن مستقیم این نیاز طراحی شده است.
انگوین میگوید: ما آن را به عنوان یک فناوری مکمل میبینیم، نه جایگزینی برای آنچه که در حال حاضر وجود دارد. چشمانداز انرژی به طور فزایندهای به پنلهای فتوولتائیک جفت شده با باتریهای لیتیوم-یونی متکی است و این سیستمها برای برق عالی هستند، اما تقریباً نیمی از تقاضای جهانی انرژی برای گرما شامل گرم کردن خانهها، پخت و پز و تهیه آب گرم است و برای این کاربرد، سیستمی که گرما را مستقیماً ذخیره کند و تحویل دهد، مناسبتر است.
از نظر کارایی، این یک راهحل ذخیرهسازی انرژی واقعاً قابل توجه است. این سیستم ۱.۶ مگاژول انرژی در هر کیلوگرم از ماده را در خود جای میدهد که معادل حدود ۴۴۴ واتساعت بر کیلوگرم است و تقریباً دو برابر چیزی است که معمولاً در باتریهای لیتیوم-یونی که در خودروهای برقی امروزی استفاده میشوند، میبینید.
البته این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه خود است و محققان در حال حاضر در تلاشند تا قبل از اینکه سیستم بتواند فراتر از آزمایشگاه حرکت کند، کارایی، دوام و مقیاسپذیری را بهبود بخشند.
فوریترین چالش، بهبود میزان کارایی شارژ مولکولها در زیر نور خورشید است. در حال حاضر، پیریمیدون ما عمدتاً در محدوده فرابنفش جذب میشود که تنها بخش کوچکی از طیف خورشیدی را پوشش میدهد. ما باید جذب را به سمت طول موجهای مرئی تغییر دهیم تا از انرژی موجود در فضای باز بهتر استفاده کنیم.
محققان همچنین در حال بررسی اصلاحات ساختاری در مولکول هستند که میتواند محدوده جذب آن را به طیف نور مرئی گسترش دهد و در عین حال چگالی انرژی و پایداری آن را حفظ کند. این تیم فراتر از بهبود نحوه جذب نور خورشید توسط مولکولها، بر کاربردی کردن این سیستم نیز متمرکز است.
