Napenergiát nyel el és tárol, majd sötétben is áramot ad a szerves anyagból készült akkumulátor

Egy nemzetközi kutatócsoport olyan könnyű és fenntartható rendszert fejlesztett ki, amely hatékonyan egyesíti a napelem és az akkumulátor funkcióit. Ezt egy olyan új anyaggal oldották meg, amely képes elnyelni a napfényt és tárolni az energiát, hogy sötétben is le tudja adni elektromos áramként.

A Müncheni Műszaki Egyetem, a Stuttgarti Max Planck Szilárdtestkutató Intézet és a Stuttgarti Egyetem kutatói egy kétdimenziós, kovalens szerves vázat (COF) hoztak létre a fenntartható akkumulátor megalkotásához. Az anyag rendkívül porózus, nem tartalmaz fémet, mégis egyszerre gyűjti be a napfényt és stabilizálja a fény hatására keletkező töltéseket, hogy több mint 48 órán át képes legyen energiát tárolni vizes közegben. A kutatók közleménye szerint a töltések nem csupán megmaradnak, hanem aktívan fel is használhatók elektromos fogyasztók működtetésére.

„Ez az anyag kettős funkcióval bír: egyszerre működik napfényelnyelőként és hosszú távú töltéstárolóként. A teljesítménye ráadásul felülmúlja számos jelenlegi ’optoionikai’ anyagét, és teszi ezt fémek vagy ritkaföldfémek nélkül” – magyarázta Dr. Bibhuti Bhusan Rath, a tanulmány vezető szerzője.

A csapat különféle optikai, elektrokémiai és számítási módszerekkel vizsgálta az anyag viselkedését, és arra jutottak, hogy a víz kulcsszerepet játszik a töltések stabilizálásában. A vízmolekulák nem külső ionokkal lépnek erős kölcsönhatásba, hanem a COF-váz töltéseire reagálnak, úgy, hogy energetikai akadályt hoznak létre. Ez meggátolja a csapdába ejtett töltések rekombinációját, és biztosítja az energia későbbi hasznosítását.

Az anyag töltéstároló kapacitása 38 milliamperóra/gramm, ami jobb, mint a hasonló szerkezeteké és más fényérzékeny anyagoké, például a szén-nitrideké vagy fémorganikus vázaké.

A kutatók különböző töltésstabilizálási lehetőségeket szimuláltak, hogy megértsék, miként hat egymásra a COF szerkezete, az elektronikus állapot és a vizes környezet. A kutatás egyik vezetője, Frank Ortmann professzor szerint „a rendszer szépsége az egyszerűségében és a tartósságában rejlik: a molekuláris kialakítás, a vázszerkezet és a környezet egyedi együttműködése révén stabil állapotban tárolja a fény által létrehozott töltéseket, majd szükség esetén felszabadítja őket”.

A tudóscsapat a töltési ciklusok során 90 százalék feletti kapacitásmegmaradást mutatott ki. Úgy vélik, ez új lehetőségeket nyithat a napenergiás akkumulátorok fejlesztésében. Bettina Lotsch, a tanulmány másik vezető szerzője leszögezte „ez fontos lépés a fenntartható, anyagalapú energiatárolási megoldások és az áramhálózattól független alkalmazások felé”.

Gábor János, NEW technology