Επιστήμονες ανέπτυξαν μια «υγρή ηλιακή μπαταρία» εμπνευσμένη από το DNA, η οποία συλλέγει το ηλιακό φως, το αποθηκεύει σε χημικούς δεσμούς για μήνες ή χρόνια και το απελευθερώνει αργότερα ως θερμότητα κατά παραγγελία
Η μοριακή μπαταρία χρησιμοποιεί μια ένωση πυριμιδόνης που αλλάζει δομή υπό το ηλιακό φως, επιτυγχάνοντας σχεδόν διπλάσια ενεργειακή πυκνότητα από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η τεχνολογία θα μπορούσε τελικά να τροφοδοτήσει εγκαταστάσεις θέρμανσης εκτός δικτύου.
Οι τεράστιες ενεργειακές ανάγκες των διακομιστών AI και των μεγάλης κλίμακας data centers οδηγούν σε άνθηση της αποθήκευσης ενέργειας στο δίκτυο
Τα αυτόνομα συστήματα μπαταριών επεκτείνονται με πρωτοφανή ρυθμό ώστε να συνδυάζονται με ηλιακή και αιολική ενέργεια, ενισχύοντας τη σταθερότητα του δικτύου και τη δυνατότητα βασικού φορτίου.
Η παγκόσμια αγορά BESS γνωρίζει εκρηκτική διαρθρωτική ανάπτυξη, λόγω της ενσωμάτωσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της μείωσης του κόστους των μπαταριών ιόντων λιθίου.
Η παγκόσμια χωρητικότητα BESS προβλέπεται να αυξηθεί έως και 15 φορές μέσα στην τρέχουσα δεκαετία, με την αξία της αγοράς να αναμένεται να ξεπεράσει τα 100 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2030.
Η αναζήτηση προηγμένων υλικών που θα εκτοξεύσουν την τεχνολογία μπαταριών στο επόμενο επίπεδο συνεχίζεται εδώ και δεκαετίες, εμπνέοντας φουτουριστικές εφευρέσεις όπως εύκαμπτες μπαταρίες που μιμούνται την ανθρώπινη σπονδυλική στήλη έως αναπνεύσιμες δομές νανοαλυσίδων.
Αμερικανοί επιστήμονες παρουσίασαν μια φουτουριστική μπαταρία που δεν χρειάζεται το ηλεκτρικό δίκτυο ούτε απαιτεί τεράστια συστήματα μπαταριών
Δημοσιευμένη στο επιστημονικό περιοδικό Science, αυτή η ανακάλυψη προσφέρει έναν τρόπο αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας χωρίς να βασίζεται σε παραδοσιακά, ογκώδη ηλεκτρονικά ιόντων λιθίου ή στο ηλεκτρικό δίκτυο.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Santa Barbara (UCSB) ανέπτυξαν μια επαναστατική «υγρή ηλιακή μπαταρία» που μπορεί να συλλέγει το ηλιακό φως, να το αποθηκεύει επ’ αόριστον μέσα σε χημικούς δεσμούς και να το απελευθερώνει κατά παραγγελία ως θερμότητα.
Υπό την καθοδήγηση της αναπληρώτριας καθηγήτριας Grace Han στο UCSB, η ερευνητική ομάδα κατασκεύασε ένα εξειδικευμένο οργανικό μόριο που ονομάζεται πυριμιδόνη και λειτουργεί σαν μια μικροσκοπική επαναφορτιζόμενη μπαταρία.
Η τελευταία ανήκει σε μια κατηγορία τεχνολογίας γνωστή ως αποθήκευση ενέργειας Molecular Solar Thermal (MOST). Αντί να χρησιμοποιεί το φωτοβολταϊκό φαινόμενο για να μετατρέπει άμεσα το ηλιακό φως σε ηλεκτρισμό, συλλέγει το φως και το μετατρέπει σε σταθερό χημικό δυναμικό.
Η ομάδα μοντελοποίησε τη δομή της πυριμιδόνης βασισμένη σε ένα φυσικό συστατικό του DNA που αλλάζει αναστρέψιμα το σχήμα του όταν εκτίθεται σε υπεριώδες φως.
Η μπαταρία λειτουργεί μέσω του φαινομένου «σπειροειδούς ελατηρίου»: όταν το ηλιακό φως χτυπά το υγρό, τα μόρια απορροφούν την ενέργεια του φωτός και στρέφονται σε μια εξαιρετικά καταπονημένη, υψηλής ενέργειας διαμόρφωση (ισομερές Dewar).
Το μόριο παραμένει σταθερό σε αυτή την υψηλής ενέργειας κατάσταση για μήνες ή ακόμη και χρόνια. Όταν εφαρμοστεί ένα μικρό ερέθισμα - όπως ένας καταλύτης ή μια έκλαμψη θερμότητας - το μόριο επανέρχεται ακαριαία στη χαλαρή του κατάσταση, απελευθερώνοντας την αποθηκευμένη ενέργεια ως καθαρή θερμική ενέργεια.
Σε εργαστηριακό περιβάλλον, το υλικό απελευθέρωσε επιτυχώς αρκετή έντονη θερμότητα ώστε να βράσει γρήγορα νερό υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, αποδεικνύοντας ότι η συσκευή είναι ικανή να παράγει αρκετά υψηλές θερμοκρασίες για πραγματικές θερμικές εφαρμογές, ένα ιστορικό εμπόδιο για τα συστήματα MOST.
Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες που φθείρονται αθόρυβα με την πάροδο του χρόνου μέσω φυσικής φθοράς, αυτός ο μοριακός κύκλος είναι εξαιρετικά αναστρέψιμος και μπορεί να φορτίζεται και να εκφορτίζεται επ’ αόριστον χωρίς απώλεια χωρητικότητας.
Άλλο ένα μεγάλο πλεονέκτημα: το μόριο πυριμιδόνης προσφέρει ενεργειακή πυκνότητα 1,65 MJ/kg, σχεδόν διπλάσια από την ενεργειακή πυκνότητα μιας τυπικής μπαταρίας ιόντων λιθίου περίπου 0,9 MJ/kg, επιτρέποντας έτσι τεράστια αποθήκευση ενέργειας σε μια συμπαγή δομή.
Οι πιθανές εφαρμογές της νέας αυτής μπαταρίας στον πραγματικό κόσμο είναι πολλά υποσχόμενες
Το υγρό θα μπορούσε να κυκλοφορεί μέσα από ηλιακούς συλλέκτες στις στέγες κατά τη διάρκεια της ημέρας για να «φορτίζεται» και στη συνέχεια να παραμένει σε μια δεξαμενή αποθήκευσης κατοικίας μέχρι τη νύχτα, διοχετεύοντας θερμότητα σε λέβητες νερού ή συστήματα θέρμανσης κατοικιών.
Η μπαταρία μπορεί επίσης να αποδειχθεί χρήσιμη σε εφαρμογές εκτός δικτύου και βιομηχανικές εφαρμογές, όπου μπορεί να παρέχει φορητή θερμική ενέργεια χωρίς εκπομπές για μαγείρεμα, εξοπλισμό κάμπινγκ ή απόψυξη επιφανειών χωρίς να απαιτούνται ηλεκτρικές συνδέσεις.
Παρότι η μπαταρία αποθηκεύει και αποδίδει εγγενώς θερμότητα αντί για ηλεκτρισμό, οι ερευνητές εξετάζουν επίσης τρόπους σύνδεσης των συστημάτων MOST με θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ώστε να παρέχουν τόσο θερμότητα όσο και ηλεκτρικό ρεύμα κατά παραγγελία.
Πράγματι, οι επιστήμονες έχουν ήδη γεφυρώσει επιτυχώς αυτό το χάσμα συνδέοντας συστήματα MOST με υπέρλεπτες θερμοηλεκτρικές γεννήτριες μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων (MEMS TEGs), βοηθώντας στη μετατροπή της αποθηκευμένης θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρισμό κατά παραγγελία.
Πριν από τέσσερα χρόνια, ερευνητές στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers της Σουηδίας παρουσίασαν εξειδικευμένα φωτομεταβαλλόμενα μόρια (π.χ. ενώσεις άνθρακα, υδρογόνου και αζώτου) που απορροφούν το ηλιακό φως και μετατρέπονται σε ισομερή πλούσια σε ενέργεια, αποθηκεύοντας την ηλιακή ενέργεια έως και για 18 χρόνια.
Ένας ειδικά σχεδιασμένος καταλύτης ενεργοποιεί τα μόρια ώστε να επανέλθουν στο αρχικό τους σχήμα, απελευθερώνοντας την αποθηκευμένη ενέργεια ως λανθάνουσα θερμότητα.
Όταν αυτή η θερμότητα περνά μέσα από το συνδεδεμένο θερμοηλεκτρικό τσιπ, παράγεται τάση από τη διαφορά θερμοκρασίας μέσω του φαινομένου Seebeck για την παροχή ηλεκτρισμού.
Αυτό επιτρέπει στη συσκευή να παράγει ταυτόχρονα θερμότητα και ηλεκτρισμό. Η τεχνολογία εξετάζεται σήμερα για εφαρμογές όπως αυτοφορτιζόμενα ηλεκτρονικά καταναλωτικά προϊόντα όπως smartwatches ή ακουστικά, καθώς και για συνεχή παραγωγή ενέργειας εκτός δικτύου.
www.worldenergynews.gr
