A medida que nos alejamos de los combustibles fósiles y pasamos a la energía renovable para abordar el cambio climático, la necesidad de nuevas formas de capturar y almacenar energía se vuelve cada vez más importante.
Investigadores de la Universidad de Lancaster que estudian un material cristalino han descubierto que tiene propiedades que le permiten capturar energía del Sol. La energía se puede almacenar durante varios meses a temperatura ambiente y se puede liberar a demanda en forma de calor.
Con un mayor desarrollo, este tipo de materiales podrían ofrecer un potencial emocionante como una forma de capturar energía solar durante los meses de verano y almacenarla para usarla en invierno, donde hay menos energía solar disponible.
Esto resultaría invaluable para aplicaciones tales como sistemas de calefacción en sistemas fuera de la red o ubicaciones remotas, o como un complemento ecológico de la calefacción convencional en casas y oficinas. También podría producirse como una capa delgada y aplicarse a laen la superficie de los edificios o en los parabrisas de los automóviles, donde el calor almacenado podría usarse para descongelar el vidrio en las heladas mañanas de invierno.
El material se basa en un tipo de 'estructura organometálica' MOF. Estos consisten en una red de iones metálicos unidos por moléculas de carbono para formar estructuras tridimensionales. Una propiedad clave de los MOF es que sonporoso, lo que significa que pueden formar materiales compuestos al albergar otras moléculas pequeñas dentro de sus estructuras.
El equipo de investigación de Lancaster se propuso descubrir si un compuesto MOF, preparado previamente por un equipo de investigación independiente en la Universidad de Kyoto en Japón y conocido como 'DMOF1', se puede utilizar para almacenar energía, algo que no se había investigado previamente.
Los poros de MOF estaban cargados con moléculas de azobenceno, un compuesto que absorbe fuertemente la luz. Estas moléculas actúan como fotointerruptores, que son un tipo de 'máquina molecular' que puede cambiar de forma cuando un estímulo externo, como la luz o el calor,Está aplicado.
En las pruebas, los investigadores expusieron el material a la luz ultravioleta, lo que hace que las moléculas de azobenceno cambien de forma a una configuración tensa dentro de los poros de MOF. Este proceso almacena la energía de manera similar a la energía potencial de un resorte doblado., los poros estrechos de MOF atrapan las moléculas de azobenceno en su forma tensa, lo que significa que la energía potencial puede almacenarse durante largos períodos de tiempo a temperatura ambiente.
La energía se libera nuevamente cuando se aplica calor externo como un disparador para 'cambiar' su estado, y esta liberación puede ser muy rápida, un poco como un resorte que se vuelve recto. Esto proporciona un aumento de calor que podría usarse paracalentar otros materiales de dispositivos.
Otras pruebas demostraron que el material fue capaz de almacenar la energía durante al menos cuatro meses. Este es un aspecto emocionante del descubrimiento, ya que muchos materiales sensibles a la luz vuelven a cambiar en cuestión de horas o algunos días. La larga duración de la energía almacenada se abreposibilidades de almacenamiento entre estaciones.
El concepto de almacenar energía solar en interruptores fotográficos se ha estudiado antes, pero la mayoría de los ejemplos anteriores han requerido que los interruptores fotográficos estén en un líquido. Debido a que el compuesto MOF es un combustible sólido y no líquido, es químicamente estable y fácil de contener.. Esto hace que sea mucho más fácil convertirse en revestimientos o dispositivos independientes.
El Dr. John Griffin, profesor titular de química de materiales en la Universidad de Lancaster e investigador principal adjunto del estudio, dijo: "El material funciona un poco como los materiales de cambio de fase, que se utilizan para suministrar calor en los calentadores de manos. Sin embargo, mientras que los calentadores de manosnecesitan ser calentados para recargarlos, lo bueno de este material es que captura energía "libre" directamente del sol. Tampoco tiene partes móviles o electrónicas, por lo que no hay pérdidas involucradas en el almacenamiento y liberación dela energía solar. Esperamos que con un mayor desarrollo seremos capaces de fabricar otros materiales que almacenen aún más energía ".
Estos hallazgos de prueba de concepto abren nuevas vías de investigación para ver qué otros materiales porosos podrían tener buenas propiedades de almacenamiento de energía utilizando el concepto de interruptores fotográficos confinados.
El investigador conjunto, el Dr. Nathan Halcovitch, agregó: "Nuestro enfoque significa que hay varias formas de tratar de optimizar estos materiales, ya sea cambiando el interruptor de fotos en sí o el marco del host poroso".
Otras aplicaciones potenciales para los materiales cristalinos que contienen moléculas de fototransmisor incluyen el almacenamiento de datos: la disposición bien definida de los interruptores fotográficos en la estructura cristalina significa que, en principio, podrían cambiarse uno por uno utilizando una fuente de luz precisa y, por lo tanto, almacenar datos comoen un CD o DVD, pero a nivel molecular. También tienen potencial para la administración de fármacos: los fármacos pueden encerrarse dentro de un material mediante interruptores fotográficos y luego liberarse a demanda dentro del cuerpo mediante un disparador de luz o calor.
Aunque los resultados fueron prometedores para la capacidad de este material para almacenar energía durante largos períodos de tiempo, su densidad de energía fue modesta. Los próximos pasos son investigar otras estructuras MOF, así como tipos alternativos de materiales cristalinos con mayor potencial de almacenamiento de energía.
La investigación, que fue apoyada por Leverhulme Trust, se describe en el documento 'Almacenamiento de energía solar a largo plazo en condiciones ambientales en un material de cambio de fase sólido-sólido basado en MOF', que ha sido publicado por la revista Química de materiales .
Los investigadores son John Griffin, Kieran Griffiths y Nathan Halcovitch, todos del Departamento de Química de la Universidad de Lancaster.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lancaster . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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