de.wedoany.com-Bericht: Forscher der University of California, Santa Barbara, haben eine molekulare Solarbatterie entwickelt, die Lichtenergie einfangen und in ihrer chemischen Struktur speichern kann, um sie bei Bedarf in Form von Wärme freizusetzen. Die Energiedichte dieser Technologie übersteigt 1,6 MJ/kg und ermöglicht es, unter Umgebungsbedingungen Wasser zum Kochen zu bringen.
Eine große Herausforderung für solarthermische Anwendungen ist die Energiespeicherung, um die Abhängigkeit von Sonnenlicht zu überwinden. Das von dem Team entwickelte Molekül namens Pyrimidinon (Pirimidona) ändert unter Sonneneinstrahlung seine Struktur in einen hochenergetischen Zustand und kann die gespeicherte Wärmeenergie später freisetzen. Die Studie wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht und gehört zum Bereich der molekularen solaren Wärmespeicherung (MOST). Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarpaneelen, die Licht in Strom umwandeln, speichern MOST-Systeme die Energie direkt in den Molekülen.
Der Erstautor der Studie, Nguyen Han, verglich die Funktionsweise des Moleküls mit einer zusammengedrückten Feder. Pyrimidinon absorbiert Energie, wenn es durch Licht aktiviert wird, und gibt diese Energie bei Auslösung wieder ab. Die Forscher betonen die Reversibilität des Prozesses: Das Material kann Energie mehrfach speichern und freisetzen, ohne dass eine Degradation festgestellt wurde. Han erklärte, dass genau diese reversible Veränderung das Forschungsinteresse geweckt habe. Das Team nutze nicht die Farbänderung, sondern wende dasselbe Prinzip an, um Energie zu speichern und das Material wiederzuverwenden.
Die Forscher ließen sich von DNA-Strukturen und photochromen Materialien (wie selbsttönenden Brillengläsern) inspirieren, die unter Lichteinwirkung reversible Formänderungen durchlaufen. Die Struktur des Moleküls ahmt Bestandteile der DNA nach, die auf ultraviolettes Licht reagieren. Mit Unterstützung von KN Houk von der University of California, Los Angeles (UCLA) optimierte das Team die Verbindung, um sie stabiler zu machen und die Energie länger zu speichern. Han erklärte, das Moleküldesign strebe nach Einfachheit; das Team habe Elemente entfernt, die als unnötig erachtet wurden, um eine kompakte und effiziente Solar-Energiespeicherstruktur aufzubauen.
Die Energiedichte des Materials übersteigt 1,6 MJ/kg und liegt damit höher als die typischer Lithium-Ionen-Batterien mit etwa 0,9 MJ/kg. Diese Leistung gilt als bedeutend für MOST-Systeme, da das Molekül unter Umgebungsbedingungen genügend Energie liefern kann, um Wasser zum Kochen zu bringen. Die Löslichkeit von Pyrimidinon eröffnet zudem den Weg für den Einsatz in Solarkollektoren, wo das Material im System zirkulieren, tagsüber Energie speichern und später Wärme freisetzen kann. Mitautor Benjamin Baker wies darauf hin, dass der praktische Unterschied darin bestehe, dass Solarpaneele zusätzliche Batteriesysteme benötigen, während das molekulare solare Wärmespeichermaterial selbst in der Lage sei, Lichtenergie zu speichern.
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