Инженеры в США создали «солнечные» аккумуляторы

Исследователи из Массачусетского технологического института (МТИ) придумали любопытное применение углеродным нанотрубкам – с их помощью можно создавать накопители солнечной энергии

Предложенная технология способна помочь решить массу бытовых проблем. К примеру, можно отопить дом: это ноу-хау стоит лишь подержать под солнечным светом и ночью оно отдаст комнате накопившееся за день тепло.

Сохранение солнечного тепла в химической форме вместо преобразования его в электрический ток несет громадные преимущества, так как химматериалы способны храниться длительный период времени без заметной потери накопленной энергии. Но до сей поры успехи в этой области, увы, ограничивались применением в качестве «солнечного аккумулятора» редкого и дорогостоящего элемента рутения или же материалов, которые утратили свои свойства после нескольких циклов зарядки и разрядки.

В 2010 году исследователь Джэфри Гросман из МТИ совместно со своими коллегами установил, каким путем дорогостоящий металл фульвален-тетракарбонилдирутений может накапливать тепло, идущее от Солнца, и отдавать его (нагреваясь до 200 градусов по Цельсию) под воздействием катализатора без деградации собственных свойств. Гросман был уверен, что наилучшее понимание данного процесса способно упростить поиск других подобных соединений, которые изготовлены из недорогих и распространенных материалов, но не из элемента, относящегося к платиновой группе.

И вот совсем недавно ученым это удалось сделать: Джэфри Гросман и Алекси Колпак разработали на основе углеродных нанотрубок малюсенькие трубчатые структуры из чистого углерода, которые в сочетании с азобензолом и явили требуемые уникальные качества. Молекулы, которые получаются при использовании наноразмерных шаблонов, обладают особой физической структурой, которая накапливает в десять тысяч раз больше энергии Солнца, нежели рутениевый аккумулятор тепла. Новый материал при всем при этом существенно дешевле рутения и дает возможность точно контролировать скорость накопления и отдачи энергии, а также емкость тепловой химической «батареи».

Чтобы хранить солнечную энергию используются молекулы, структура которых меняется под воздействием солнечного света и может оставаться стабильной в этой измененной форме на весьма неопределенный срок. При потребности стоит лишь добавить катализатор, чуть-чуть изменить температуру, облучить вспышкой света определенной частоты и др., и тепловой аккумулятор начинает высвобождать свой запас энергии в виде тепла. Эти химические теплоаккумуляторы спокойно можно хранить довольно долго в качестве батареек и применять при случае необходимости, скажем, для обогрева помещений, приготовления пищи, выработки электроэнергии и т.п.

Одним из главнейших преимуществ этой новейшей технологии является то, что процесс накапливания и сохранения энергии является одноступенчатым, то есть нет необходимости в солнечной батарее, которая сначала превращает солнечный свет в электричество, затем отдает свою энергию аккумулятору, а тот в свою очередь в ночное время питает обогреватель. Новоразработанный аккумулятор тепла самостоятельно собирает и отдает тепло без каких-либо промежуточных устройств. Правда, если вдруг из солнечного тепла потребуется получать электричество, то нужно будет полагаться на термоэлектрические преобразователи или на паровую турбину.

Помимо того, эта уникальная технология сохранения солнечного тепла при помощи азобензол-функционализированных углеродных нанотрубок является по сути общей концепцией конструирования спецматериалов, которая в будущем найдет свое применение и в ряде других приложений. По мнению Джэфри Гросмана, они находятся лишь на вершине пирамиды из множества уникальных материалов, которые способны разрешить массу проблем человечества.

Солнечные батареи на самой тонкой бумаге

Также недавно другие исследователи из США (Владимир Булович и Карен Глисон из все того же Массачусетского технологического института) провели эксперименты со сверхтонкими материалами для изготовления фотоэлектрических панелей. Источники питания выходят не слишком эффективными, однако для бытовых нужд их, в общем-то, хватает.

Так, самым последним достижением стала разработка работоспособного устройства, основой которого может стать любая газетная или же папиросная бумага, копирка или калька. Квадратик фотоэлектрической бумаги со стороной семь сантиметров превращается в 50-вольтную батарею, которая может питать, скажем, электронные часы.

Сгибание батареи или складывание её гармошкой нисколько не отражается на ее работоспособности, хотя, конечно, сокращение рабочей поверхности ослабляет ее мощность. Больше того, прототип работал даже проходя через обычный лазерный принтер, который печатал на нём текст.

Производство бумажных солнечных элементов, по сравнению с кремниевыми, не требует высоких температур. Процесс, проходящий при 120 градусах по Цельсию, представляет собой некое напыление методом осаждения из паровой фазы, которое весьма активно применяется в современной передовой промышленности. На один лист бумаги нужно нанести 5 слоев материала через шаблон (также бумажный) в вакуумной камере.

Теперь следующей задачей специалистов является повышение КПД разработки, который в настоящее время составляет примерно 1% (против 20% у стандартных солнечных батарей).

Разумеется, перспективы развития и распространения солнечных батарей, в основном зависят от заинтересованности ученых, а также государственных структур разных стран. Солнечная энергия становится все более и более доступной, безопасной и удобной в использовании.

В частности, в скором времени американские специалисты надеются в скором времени заменить арабскую нефть на солнечную энергию Калифорнии. Финансы, выделяемые на проведение исследований, в полной мере оправданы дороговизной традиционных источников энергии.

Также заинтересованность общества в этом альтернативном источнике энергии в известной степени является следствием обеспокоенности людей промышленными и транспортными выбросами парниковых газов.

Однако стоит отметить, что регулирующие органы с каждым годом ужесточают требования по выбросам в атмосферу газов как к целым государствам, так и к отдельным компаниям. Многие предприниматели уже сейчас понимают перспективность направления и планируют вкладывать в это значительные суммы.