Καθώς η ζήτηση για ενεργειακά συστήματα εκτός δικτύου, φορητά και έξυπνα συστήματα συνεχίζει να αυξάνεται, οι ερευνητές τονίζουν ότι οι ριζοσπαστικοί φωτοθερμικοί κρύσταλλοι όπως η CBC θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ζωτικό ρόλο στη μετατροπή του φωτός σε ενέργεια
Οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια νέα κατηγορία οργανικών φωτοθερμικών κρυστάλλων που ενισχύουν σημαντικά την απόδοση των ηλιακών θερμοηλεκτρικών γεννητριών (STEG), ανοίγοντας το δρόμο για πιο έξυπνα φορητά ηλεκτρονικά συστήματα, ενεργειακές συσκευές επόμενης γενιάς και για τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις.
Με την πρόσφατη έρευνα να οδηγεί σε σημαντικές προόδους στις ηλιακές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (STEG), τα φωτοθερμικά υλικά, όπως ενώσεις με βάση τον άνθρακα, οξείδια μετάλλων, πολυμερή και υλικά αλλαγής φάσης, έχουν αναδειχθεί ως υποσχόμενες λύσεις που είναι απαραίτητες για την αποτελεσματική μετατροπή της ενέργειας.
Σύμφωνα με το Interesting Engineering, τώρα, μια ερευνητική ομάδα αποτελούμενη από επιστήμονες των Πανεπιστημίων Nanchang, Soochow και Nanjing στην Κίνα έκανε ένα τεράστιο άλμα μπροστά χρησιμοποιώντας τη ρίζα ανοικτού κελύφους Br2NDA ως δέκτη ηλεκτρονίων για να σχεδιάσει και να συνθέσει έναν φωτοθερμικό κρύσταλλο μεταφοράς φορτίου, το coronene-Br2NDA (CBC).
Όταν συνδυάζονται, το κορονένιο και το Br₂NDA συναρμολογούνται σε μικροσωματίδια που μοιάζουν με βελόνες μέσω μιας απλής μεθόδου με βάση το διάλυμα, σχηματίζοντας μια εξαιρετικά κρυσταλλική δομή με εξαιρετικές ικανότητες απορρόφησης φωτός και μετατροπής θερμότητας.
Εξαιρετική φωτοθερμική απόδοση
Σύμφωνα με τον Sheng Zhuo, ειδικό στον τομέα των υλικών στο Πανεπιστήμιο Nanjing και κύριο συγγραφέα της μελέτης, ο κρύσταλλος CBC έφτασε τους 186,6 βαθμούς Φαρενάιτ (86 βαθμούς Κελσίου) μέσα σε δευτερόλεπτα.
Επίσης, πέτυχε απόδοση φωτοθερμικής μετατροπής (PCE) 67,2%, ξεπερνώντας πολλά οργανικά φωτοθερμικά υλικά που είχαν αναφερθεί προηγουμένως, ενώ επέδειξε εξαιρετική θερμική σταθερότητα και σταθερή απόδοση σε επαναλαμβανόμενους κύκλους θέρμανσης και ψύξης.
«Μια σειρά από εξελιγμένες αναλύσεις, συμπεριλαμβανομένης της περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), της περίθλασης ηλεκτρονίων επιλεγμένης περιοχής (SAED), της απορρόφησης UV-Vis, της φωτοφωταύγειας (PL), του υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR) και του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού στερεάς κατάστασης (NMR), παρείχαν πειστικές αποδείξεις για ισχυρή αλληλεπίδραση μεταφοράς φορτίου (CT) μεταξύ του COR και του Br2NDA», αναφέρουν οι ερευνητές.
Εν τω μεταξύ, μια εμβάθυνση στη συμπεριφορά του κρυστάλλου αποκάλυψε ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταφοράς φορτίου μεταξύ των συστατικών του.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι απορρόφησε φως σε ένα ευρύ φάσμα (350-1100 νανόμετρα), παρουσίασε μια αξιοσημείωτη μετατόπιση προς το ερυθρό σε σύγκριση με τα επιμέρους τμήματά του και παρουσίασε σχεδόν πλήρη απόσβεση φωτοφωταύγειας - ένα χαρακτηριστικό σημάδι αποτελεσματικών μη ακτινοβόλων ενεργειακών μεταβάσεων.
«Υπό ακτινοβολία λέιζερ 808 nm στα 0,367 W cm-2, ο παρασκευασμένος κρύσταλλος έφτασε σε θερμοκρασία ισορροπίας 86 βαθμών Κελσίου μέσα σε δευτερόλεπτα», αποκαλύπτουν οι επιστήμονες.
«Το PCE του 67,2% υπολογίστηκε με τη χρήση αξιόπιστης μεθόδου, ξεπερνώντας πολλά οργανικά φωτοθερμικά υλικά που είχαν αναφερθεί προηγουμένως».
Πιθανές εφαρμογές
Για να δοκιμάσουν τις πραγματικές εφαρμογές του, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν τον κρύσταλλο CBC σε μια διαφανή ρητίνη για να σχηματίσουν ένα φωτοθερμικό μελάνι, το οποίο στη συνέχεια εφαρμόστηκε στην επιφάνεια μιας θερμοηλεκτρικής γεννήτριας.
Και έμειναν άναυδοι όταν, υπό προσομοίωση ηλιακής ακτινοβολίας ισοδύναμης με 2 ήλιους, η γεννήτρια με επικάλυψη CBC έφτασε σε θερμοκρασία 158,54 βαθμούς Φαρενάιτ (70,3 βαθμούς Κελσίου) και παρήγαγε τάση εξόδου 209 mV, μια αύξηση 375% σε σύγκριση με μια γεννήτρια χωρίς επικάλυψη.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η ανακάλυψη υπόσχεται πολλά πέρα από το εργαστήριο. Με μια απλή διαδικασία σύνθεσης και εξαιρετικές θερμικές και ηλεκτρονικές επιδόσεις, η τεχνολογία προσφέρει μια κλιμακούμενη, οικονομικά αποδοτική πορεία για την ενσωμάτωση οργανικών υλικών σε ηλιακά θερμοηλεκτρικά συστήματα επόμενης γενιάς.
Καθώς η ζήτηση για ενεργειακά συστήματα εκτός δικτύου, φορητά και έξυπνα συστήματα συνεχίζει να αυξάνεται, οι ερευνητές τονίζουν ότι οι ριζοσπαστικοί φωτοθερμικοί κρύσταλλοι όπως η CBC θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ζωτικό ρόλο στη μετατροπή του φωτός σε ενέργεια.
www.worldenergynews.gr
Με την πρόσφατη έρευνα να οδηγεί σε σημαντικές προόδους στις ηλιακές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (STEG), τα φωτοθερμικά υλικά, όπως ενώσεις με βάση τον άνθρακα, οξείδια μετάλλων, πολυμερή και υλικά αλλαγής φάσης, έχουν αναδειχθεί ως υποσχόμενες λύσεις που είναι απαραίτητες για την αποτελεσματική μετατροπή της ενέργειας.
Σύμφωνα με το Interesting Engineering, τώρα, μια ερευνητική ομάδα αποτελούμενη από επιστήμονες των Πανεπιστημίων Nanchang, Soochow και Nanjing στην Κίνα έκανε ένα τεράστιο άλμα μπροστά χρησιμοποιώντας τη ρίζα ανοικτού κελύφους Br2NDA ως δέκτη ηλεκτρονίων για να σχεδιάσει και να συνθέσει έναν φωτοθερμικό κρύσταλλο μεταφοράς φορτίου, το coronene-Br2NDA (CBC).
Όταν συνδυάζονται, το κορονένιο και το Br₂NDA συναρμολογούνται σε μικροσωματίδια που μοιάζουν με βελόνες μέσω μιας απλής μεθόδου με βάση το διάλυμα, σχηματίζοντας μια εξαιρετικά κρυσταλλική δομή με εξαιρετικές ικανότητες απορρόφησης φωτός και μετατροπής θερμότητας.
Εξαιρετική φωτοθερμική απόδοση
Σύμφωνα με τον Sheng Zhuo, ειδικό στον τομέα των υλικών στο Πανεπιστήμιο Nanjing και κύριο συγγραφέα της μελέτης, ο κρύσταλλος CBC έφτασε τους 186,6 βαθμούς Φαρενάιτ (86 βαθμούς Κελσίου) μέσα σε δευτερόλεπτα.
Επίσης, πέτυχε απόδοση φωτοθερμικής μετατροπής (PCE) 67,2%, ξεπερνώντας πολλά οργανικά φωτοθερμικά υλικά που είχαν αναφερθεί προηγουμένως, ενώ επέδειξε εξαιρετική θερμική σταθερότητα και σταθερή απόδοση σε επαναλαμβανόμενους κύκλους θέρμανσης και ψύξης.
«Μια σειρά από εξελιγμένες αναλύσεις, συμπεριλαμβανομένης της περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), της περίθλασης ηλεκτρονίων επιλεγμένης περιοχής (SAED), της απορρόφησης UV-Vis, της φωτοφωταύγειας (PL), του υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR) και του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού στερεάς κατάστασης (NMR), παρείχαν πειστικές αποδείξεις για ισχυρή αλληλεπίδραση μεταφοράς φορτίου (CT) μεταξύ του COR και του Br2NDA», αναφέρουν οι ερευνητές.
Εν τω μεταξύ, μια εμβάθυνση στη συμπεριφορά του κρυστάλλου αποκάλυψε ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταφοράς φορτίου μεταξύ των συστατικών του.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι απορρόφησε φως σε ένα ευρύ φάσμα (350-1100 νανόμετρα), παρουσίασε μια αξιοσημείωτη μετατόπιση προς το ερυθρό σε σύγκριση με τα επιμέρους τμήματά του και παρουσίασε σχεδόν πλήρη απόσβεση φωτοφωταύγειας - ένα χαρακτηριστικό σημάδι αποτελεσματικών μη ακτινοβόλων ενεργειακών μεταβάσεων.
«Υπό ακτινοβολία λέιζερ 808 nm στα 0,367 W cm-2, ο παρασκευασμένος κρύσταλλος έφτασε σε θερμοκρασία ισορροπίας 86 βαθμών Κελσίου μέσα σε δευτερόλεπτα», αποκαλύπτουν οι επιστήμονες.
«Το PCE του 67,2% υπολογίστηκε με τη χρήση αξιόπιστης μεθόδου, ξεπερνώντας πολλά οργανικά φωτοθερμικά υλικά που είχαν αναφερθεί προηγουμένως».
Πιθανές εφαρμογές
Για να δοκιμάσουν τις πραγματικές εφαρμογές του, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν τον κρύσταλλο CBC σε μια διαφανή ρητίνη για να σχηματίσουν ένα φωτοθερμικό μελάνι, το οποίο στη συνέχεια εφαρμόστηκε στην επιφάνεια μιας θερμοηλεκτρικής γεννήτριας.
Και έμειναν άναυδοι όταν, υπό προσομοίωση ηλιακής ακτινοβολίας ισοδύναμης με 2 ήλιους, η γεννήτρια με επικάλυψη CBC έφτασε σε θερμοκρασία 158,54 βαθμούς Φαρενάιτ (70,3 βαθμούς Κελσίου) και παρήγαγε τάση εξόδου 209 mV, μια αύξηση 375% σε σύγκριση με μια γεννήτρια χωρίς επικάλυψη.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η ανακάλυψη υπόσχεται πολλά πέρα από το εργαστήριο. Με μια απλή διαδικασία σύνθεσης και εξαιρετικές θερμικές και ηλεκτρονικές επιδόσεις, η τεχνολογία προσφέρει μια κλιμακούμενη, οικονομικά αποδοτική πορεία για την ενσωμάτωση οργανικών υλικών σε ηλιακά θερμοηλεκτρικά συστήματα επόμενης γενιάς.
Καθώς η ζήτηση για ενεργειακά συστήματα εκτός δικτύου, φορητά και έξυπνα συστήματα συνεχίζει να αυξάνεται, οι ερευνητές τονίζουν ότι οι ριζοσπαστικοί φωτοθερμικοί κρύσταλλοι όπως η CBC θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ζωτικό ρόλο στη μετατροπή του φωτός σε ενέργεια.
www.worldenergynews.gr
