Przełom w fotowoltaice! Naukowcy generują prąd po zmroku dzięki…drewnu

Pozyskiwanie energii ze słońca to jeden z najczystszych sposobów na zasilanie planety, ale posiada krytyczną wadę: gdy zapada noc, panele przestają pracować. Naukowcy z Chin opracowali jednak rewolucyjny materiał na bazie drewna balsy, który potrafi magazynować energię słoneczną w formie ciepła i oddawać ją jako prąd długo po zachodzie słońca.

Drewniana gąbka zamiast krzemu: Jak działa nowa technologia?

Problem przerwania dostaw energii słonecznej w nocy, próbuje się obecnie rozwiązać głównie za pomocą kosztownych i ciężkich magazynów energii w postaci baterii litowo-jonowych. Badacze, których praca ukazała się w prestiżowym czasopiśmie Advanced Energy Materials, podeszli do tematu zupełnie inaczej. Zamiast budować zewnętrzne akumulatory, przeprojektowali strukturę wewnętrzną drewna balsy, zamieniając ją w porowatą „gąbkę” zdolną do pochłaniania i zatrzymywania energii. Dzięki temu panele będą mogły pracować nawet po zmroku.

Wybór drewna nie był przypadkowy. Balsa jest lekka, tania i posiada naturalnie porowatą strukturę, która idealnie nadaje się do modyfikacji chemicznych. Aby jednak stała się wydajnym ogniwem, naukowcy musieli poddać ją skomplikowanemu procesowi „tuningu” molekularnego.

Inżynieria na poziomie nanocząsteczek

Pierwszym krokiem było usunięcie z drewna ligniny – substancji odpowiadającej za jego twardość i sztywność. Pozbycie się tego składnika drastycznie zwiększyło porowatość materiału, czyniąc go gotowym na przyjęcie „inteligentnych” dodatków:

• Czarny fosforen: Ściany kanalików wewnątrz drewna pokryto ultracienkimi płatami czarnego fosforenu. Materiał ten ma genialną przewodność elektryczną, ale jest nietrwały w kontakcie z tlenem.
• Molekularna tarcza: Aby chronić fosforen, badacze zamknęli go w warstwie ochronnej z kwasu taninowego i jonów żelaza. Zapobiega to utlenianiu i jednocześnie zwiększa absorpcję światła.
• Nanocząsteczki srebra: Dodano je, aby wzmocnić oddziaływanie materiału z promieniami słonecznymi.

Magazynowanie ciepła w kanalikach drewna

Największą innowacją jest jednak sposób, w jaki to „super-drewno” przechowuje energię. Naukowcy wypełnili jego wnętrze kwasem stearynowym oraz dodali łańcuchy węglowodorowe. W procesie tym zachodzi magazynowanie energii w wiązaniach chemicznych, które są zrywane pod wpływem ciepła słonecznego i uwalniają energię z powrotem, gdy materiał stygnie.

Dzięki temu balsa stała się nie tylko doskonałym absorbentem, ale i izolatorem. Co więcej, modyfikacja powierzchni sprawiła, że drewno stało się ekstremalnie hydrofobowe (odpychające wodę), co jest kluczowe dla trwałości systemów zewnętrznych.

Wyniki, które dają nadzieję na przyszłość

Podczas testów zmodyfikowane drewno wykazało niesamowitą sprawność:

1. Konwersja energii: Materiał przetworzył aż 91,2% światła słonecznego na ciepło.
2. Przewodność cieplna: Była blisko 3,9 razy wyższa niż w przypadku naturalnego drewna.
3. Wydajność elektryczna: Wykorzystując generator termoelektryczny, naukowcy uzyskali napięcie rzędu 0,65 V podczas jednego cyklu słonecznego po zmroku.
4. Wytrzymałość: Materiał zachował swoje właściwości przez 100 cykli ogrzewania i chłodzenia, a w razie pożaru samoczynnie gaśnie w ciągu dwóch minut.

Choć wyniki są obiecujące, technologia ta znajduje się obecnie w fazie wczesnych testów laboratoryjnych. Zespół badawczy musi udowodnić, że ich projekt można skalować do rozmiarów przemysłowych. A także że będzie on ekonomicznie opłacalny w porównaniu z tradycyjnymi farmami fotowoltaicznymi połączonymi z bateriami. Jeśli jednak balsa-generator wejdzie do powszechnego użytku, możemy być świadkami narodzin najbardziej ekologicznego źródła energii, jakie kiedykolwiek stworzył człowiek. Takiego, które produkuje ją nawet wtedy, gdy słońce już dawno zaszło.