Vedci z Univerzitý v Ulme a Univerzity Friedricha Schillera v Jene predstavili materiál, ktorý môže zásadne zmeniť spôsob, akým uvažujeme o skladovaní solárnej energie. Novinka funguje ako molekulárna „solárna batéria“. Dokáže zachytiť energiu zo slnečného žiarenia, uchovať ju niekoľko dní a následne ju uvoľniť vo forme vodíka presne vtedy, keď je to potrebné. A to dokonca aj bez prítomnosti svetla.

Výsledky výskumu boli publikované v prestížnom časopise Nature Communications a naznačujú, že zelený vodík by sa v budúcnosti mohol vyrábať flexibilnejšie a efektívnejšie než doteraz.

Molekulárna kombinácia

Zelený vodík dnes patrí medzi kľúčové piliere energetickej transformácie. Vzniká pomocou fotokatalytických procesov, ktoré premieňajú slnečnú energiu na chemickú. Hoci existuje viacero technológií na konverziu a ukladanie solárnej energie, nový prístup prináša unikátnu vlastnosť. Energia sa nevyužíva okamžite, ale môže byť uložená na neskoršie použitie bez výrazných strát.

„Môžete si to predstaviť ako kombináciu solárneho článku a batérie na molekulárnej úrovni,“ vysvetľuje profesor Sven Rau, vedúci Inštitútu anorganickej chémie I na Univerzite v Ulme.

Základom systému je vo vode rozpustný, redoxne aktívny kopolymér. Ide o makromolekulu zloženú z rôznych organických stavebných jednotiek, ktoré vytvárajú stabilný rámec. Ten je doplnený o funkčné skupiny so zosilnenou redoxnou aktivitou. Práve tie umožňujú efektívne prijímať a uchovávať elektróny získané zo slnečného žiarenia.

Systém dosahuje nabíjaciu účinnosť viac ako 80 percent a energiu si udrží niekoľko dní. To je v kontexte fotokatalytických riešení mimoriadne pozoruhodné.

Vodík na požiadanie aj bez slnka

Najväčšou výhodou nového materiálu je schopnosť produkovať vodík nezávisle od aktuálneho slnečného svitu. Uložené elektróny sa totiž dajú cielene využiť neskôr.

„V prípade potreby dokážeme chemickú energiu získať späť vo forme vodíka. Uložené elektróny sa na tento účel využívajú cielene a efektívne,“ uvádza profesor Ulrich S. Schubert, vedúci Inštitútu organickej a makromolekulovej chémie na Univerzite Friedricha Schillera v Jene, ktorý štúdiu koordinoval spolu s Rauom.

Proces uvoľnenia energie sa spúšťa pridaním kyseliny a katalyzátora vývoja vodíka. Elektróny uložené v polyméri sa následne spoja s protónmi a výsledkom je vodík. Účinnosť tohto kroku dosahuje približne 72 percent, čo je vzhľadom na viacstupňový charakter procesu mimoriadne vysoká hodnota. Kľúčové je, že reakcia prebieha aj v tme, bez potreby ďalšieho ožarovania.

Gemini

Reštart pomocou pH prepínača

Systém je navyše reverzibilný. Po uvoľnení vodíka stačí roztok neutralizovať a materiál je opäť pripravený absorbovať slnečnú energiu.

„Redoxné reakcie založené na polyméri sú reverzibilné a umožňujú viacnásobné cykly nabíjania, skladovania a katalýzy. Výhodou procesu je, že polymér nie je potrebné izolovať. Na resetovanie systému stačí jednoducho zmeniť hodnotu pH,“ vysvetľujú hlavní autori štúdie Marco Hartkorn z Univerzity v Ulme a Robin Kampes z Univerzity Friedricha Schillera v Jene.

Zaujímavým vedľajším efektom je aj vizuálna zmena farby. Pri vybíjaní v prítomnosti kyseliny sa roztok zafarbí z fialovej na žltú. Po opätovnom nabití svetlom sa farba vráti späť na fialovú, čo signalizuje pripravenosť systému na ďalší cyklus.

Podľa výskumníkov má projekt význam aj z čisto vedeckého hľadiska. Spája totiž dve oblasti chémie, ktoré sa doteraz prelínali len minimálne, makromolekulovú polymérnu chémiu a fotokatalýzu. Tento interdisciplinárny prístup môže otvoriť cestu k novým typom energetických materiálov.

Gemini - Vizualizácia batérie

Ambície tímu však presahujú laboratórne podmienky. Technológia vývoja vodíka na požiadanie by mohla nájsť uplatnenie v energeticky náročných priemyselných procesoch. Ako príklad sa uvádza klimaticky neutrálna výroba ocele, ktorá je existenčne závislá od stabilných dodávok zeleného vodíka.

„Výsledky otvárajú nové perspektívy pre cenovo dostupné a škálovateľné technológie solárneho skladovania a predstavujú dôležitý stavebný kameň na ceste k udržateľnej chemickej energetike,“ zdôrazňuje Schubert.

Ak sa podarí technológiu preniesť z laboratória do praxe, mohli by sme byť svedkami zásadného posunu. Skladovanie slnečnej energie už nemusí byť viazané len na klasické batériové úložiská. Molekulárne systémy schopné produkovať vodík na požiadanie naznačujú, že budúcnosť energetiky sa môže odohrávať na úrovni, ktorú dnes ešte len začíname objavovať.

Čítajte viac z kategórie: Novinky