"Законсервувати" сонце: вчені створили рідинну батарею, що зберігає сонячну енергію роками / Science Daily

Дослідники з University of California, Santa Barbara представили новий тип молекулярного накопичувача енергії, який вони описують як “перезаряджувану сонячну батарею”. Матеріал здатен поглинати сонячне світло, зберігати енергію у хімічних зв’язках, а потім вивільняти її у вигляді тепла навіть через тривалий час після заходу Сонця.

Результати дослідження опублікували в журналі Science. Команда під керівництвом професорки Ґрейс Хан працювала над технологією Molecular Solar Thermal (MOST) — системою зберігання сонячної енергії без використання традиційних акумуляторів або електромережі.

Основою розробки стала модифікована органічна молекула піримідону. Вчені пояснюють, що вона працює подібно до фотохромних окулярів, які темнішають на сонці й повертаються до прозорого стану в приміщенні.

“Уявіть фотохромні окуляри. У приміщенні це звичайні прозорі лінзи. Виходите на сонце — і вони темнішають самі собою. Повертаєтесь у приміщення — і лінзи знову стають прозорими. Саме такий оборотний процес нас і цікавить. Тільки замість зміни кольору ми хочемо використовувати той самий принцип для накопичення енергії, її вивільнення за потреби та повторного використання матеріалу”, — пояснив докторант Han Group і провідний автор дослідження Хан Нґуєн.

За словами дослідників, натхненням для створення молекули стала ДНК. Структура піримідону нагадує один із компонентів ДНК, який може змінювати форму під дією ультрафіолетового світла.

Команда також співпрацювала з професором Кеном Гоуком з University of California, щоб за допомогою комп’ютерного моделювання зрозуміти, чому молекула здатна стабільно утримувати енергію роками без суттєвих втрат.

“Ми зробили ставку на легку й компактну конструкцію молекули. У цьому проєкті ми прибрали все зайве. Усе, без чого можна було обійтися, видалили, щоб зробити молекулу максимально компактною”, — пояснив Хан Нґуєн.

На відміну від звичайних сонячних панелей, які одразу перетворюють світло на електрику, нова система накопичує енергію хімічно. Після поглинання сонячного світла молекула переходить у “напружений” високоенергетичний стан і може залишатися в ньому, поки не отримає сигнал для вивільнення енергії — наприклад, тепло або каталізатор.

“Ми зазвичай описуємо це як перезаряджувану сонячну батарею”. Вона накопичує сонячне світло і може перезаряджатися”, — додав дослідник.

Но особливу увагу заслуговує щільність накопичення енергії. За словами авторів роботи, матеріал здатен зберігати понад 1,6 мегаджоуля енергії на кілограм. Для порівняння, звичайні літій-іонні акумулятори мають показник близько 0,9 МДж/кг.

Під час експериментів команда продемонструвала, що система може вивільняти достатньо тепла для кип’ятіння води за кімнатних умов — це вважають одним із головних проривів дослідження.

“Кип’ятіння води — енергомісткий процес. Той факт, що ми можемо кип’ятити воду за звичайних умов, — велике досягнення.”, — заявив Хан Нґуєн.

У перспективі технологію можуть використовувати для автономних систем обігріву, туристичного спорядження або домашнього нагріву води. Оскільки матеріал розчиняється у воді, дослідники припускають, що в майбутньому його можна буде циркулювати через сонячні колектори вдень, а вночі використовувати накопичене тепло зі спеціальних резервуарів.

“У випадку із сонячними панелями потрібна додаткова батарейна система для зберігання енергії. У молекулярній системі зберігання сонячної теплової енергії сам матеріал здатен накопичувати енергію від Сонця”, — пояснив співавтор дослідження й докторант Han Lab Бенджамін Бейкер.

Проєкт отримав фінансування в межах програми Moore Inventor Fellowship, яку Ґрейс Хан отримала у 2025 році для розвитку технології “перезаряджуваних сонячних батарей”.