Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представили органическое соединение на основе пиримидона, способное накапливать солнечную энергию непосредственно в химических связях. В отличие от традиционных фотоэлектрических систем, преобразующих свет в электричество, новый материал сохраняет энергию внутри молекулярной структуры и высвобождает её в виде тепла по требованию.
По данным исследования, опубликованного в журнале Science, плотность энергии нового материала вдвое превышает показатели литий-ионных аккумуляторов. В лабораторных испытаниях высвобождаемого тепла оказалось достаточно, чтобы довести воду до кипения при комнатной температуре.
Принцип работы молекулы напоминает механическую пружину. Под воздействием солнечного излучения она переходит в высокоэнергетическое напряженное состояние, которое может сохраняться годами. При активации теплом или катализатором соединение возвращается в исходную конфигурацию, выделяя накопленную энергию. Система полностью обратима и допускает многократное использование без деградации свойств.
Как пояснил руководитель проекта, доцент Грейс Хан, механизм аналогичен фотохромным линзам, которые темнеют на свету и светлеют в помещении. Однако в данном случае цикл используется не для изменения оптических свойств, а для накопления и управляемого высвобождения энергии.
Ведущий автор работы, аспирант Хан Нгуен, подчеркнул, что достижение кипения воды в лабораторных условиях без внешнего нагрева демонстрирует переход технологии от теоретической стадии к практическому применению. Кипячение требует значительных затрат энергии, и способность материала обеспечить такой результат указывает на его потенциал для реальных задач.
Материал растворим в воде, что открывает возможности для использования в циркуляционных системах отопления. Предполагается, что днём вещество будет нагреваться в солнечных коллекторах на кровле, накапливая энергию в специальных резервуарах, а ночью — отдавать тепло для обогрева помещений. Соавтор исследования Бенджамин Бейкер отметил, что в отличие от солнечных панелей, требующих отдельной аккумуляторной системы, молекулярный накопитель сам выполняет функцию носителя энергии.
Среди потенциальных областей применения — автономные системы для кемпинга и бытовое отопление. Разработчики не исключают дальнейшего масштабирования технологии для промышленных задач, связанных с использованием возобновляемых источников энергии.