Молекулярная солнечная батарея накапливает энергию в течение нескольких дней и вырабатывает водород по запросу

Аккумулятор FIAMM 12FGL100

Исследователи из Ульмского университета и Йенского университета имени Фридриха Шиллера создали молекулярную систему, которая улавливает солнечную энергию с помощью водорастворимого окислительно-восстановительного сополимера, накапливает ее с эффективностью зарядки более 80 % в течение нескольких дней и при необходимости высвобождает ее в виде водорода с эффективностью преобразования 72 %.

Исследовательская группа из Ульмского университета и Йенского университета имени Фридриха Шиллера разработала молекулярную солнечную батарею, которая накапливает фотоэлектрическую энергию и высвобождает ее в виде водорода по требованию — в том числе в темноте, без солнечного света. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

В основе системы лежит водорастворимый сополимер с высокой окислительно-восстановительной активностью, который одновременно служит накопителем электронов и фотокаталитической платформой. Материал улавливает электроны, генерируемые солнечным излучением, и стабильно удерживает их в течение нескольких дней с эффективностью зарядки более 80%.

Этот подход позволяет отделить выработку солнечной энергии от производства водорода, в отличие от традиционных систем, в которых электролиз и выработка возобновляемой энергии должны осуществляться одновременно. После того как энергия накопится в сополимере, добавление кислоты и катализатора выделения водорода объединит накопленные электроны с протонами, в результате чего образуется водород с эффективностью преобразования 72%. Этот процесс можно проводить в темноте, что дает операторам возможность гибко выбирать время и способ производства водорода.

Система также является химически обратимой. Возможно многократное выполнение циклов зарядки, хранения и разрядки без изоляции активного материала. Для регенерации требуется лишь изменение pH — нейтрализация, — которая возобновляет фотокаталитический процесс при облучении. По словам исследователей, циклическое поведение материала, обусловленное обратимыми окислительно-восстановительными реакциями с участием сополимера, делает его перспективным кандидатом для применения в области химического хранения энергии.

В этой работе макромолекулярная химия и фотокатализ — две области, которые до сих пор практически не пересекались, — объединяются в единую молекулярную архитектуру, которая обеспечивает улавливание, хранение и преобразование водорода. По словам исследователей, этот подход может обеспечить недорогое и масштабируемое хранение водорода, что потенциально позволит использовать его в энергоемких промышленных процессах, таких как производство стали и синтетического топлива, где генерация водорода по требованию может упростить интеграцию нестабильных возобновляемых источников энергии.

Исследование проводится в рамках консорциума CataLight, который занимается преобразованием солнечной энергии в химическую с помощью молекулярных катализаторов.