Una nueva aplicación de nanotubos de carbono, desarrollado por investigadores del MIT, se muestra prometedor como un enfoque innovador para almacenar energía solar para su uso cuando sea necesario.

Almacenar el calor del sol en forma química, en lugar de convertirlo en electricidad o almacenar el calor en sí mismo en un recipiente fuertemente aislado, tiene ventajas significativas, ya que, en principio, el material químico puede almacenarse durante largos períodos de tiempo sin perder nada de su energía almacenada. El problema con ese enfoque ha sido que hasta ahora los productos químicos necesarios para realizar esta conversión y almacenamiento se degradaban en unos pocos ciclos, o incluido el elemento rutenio, que es raro y caro.

El año pasado, El profesor asociado del MIT, Jeffrey Grossman, y cuatro coautores descubrieron exactamente cómo el fulvaleno dirutenio, conocido por los científicos como el mejor químico para almacenar energía solar de forma reversible, ya que no se degradó, pudo lograr esta hazaña. Grossman dijo en ese momento que una mejor comprensión de este proceso podría facilitar la búsqueda de otros compuestos. hecho de materiales abundantes y económicos, que podría usarse de la misma manera.

Ahora, él y el posdoctorado Alexie Kolpak han logrado precisamente eso. Un artículo que describe sus nuevos hallazgos se acaba de publicar en línea en la revista. Nano letras , y aparecerá impreso en un próximo número.

El nuevo material encontrado por Grossman y Kolpak está hecho con nanotubos de carbono, diminutas estructuras tubulares de carbono puro, en combinación con un compuesto llamado azobenceno. Las moléculas resultantes, producidos utilizando plantillas a nanoescala para dar forma y restringir su estructura física, obtener "nuevas propiedades que no están disponibles" en los materiales separados, dice Grossman, el profesor adjunto Carl Richard Soderberg de ingeniería energética.

Este nuevo sistema químico no solo es menos costoso que el anterior compuesto que contenía rutenio, pero también es mucho más eficiente para almacenar energía en una cantidad determinada de espacio, alrededor de 10, 000 veces mayor en densidad de energía volumétrica, Kolpak dice, haciendo que su densidad de energía sea comparable a la de las baterías de iones de litio. Mediante el uso de métodos de nanofabricación, "Puedes controlar las interacciones [de las moléculas], aumentar la cantidad de energía que pueden almacenar y el período de tiempo durante el cual pueden almacenarla, y lo más importante, puedes controlar ambos de forma independiente, ”Ella dice.

El almacenamiento termoquímico de energía solar utiliza una molécula cuya estructura cambia cuando se expone a la luz solar, y puede permanecer estable en esa forma indefinidamente. Luego, cuando es empujado por un estímulo - un catalizador, un pequeño cambio de temperatura, un destello de luz:puede volver rápidamente a su otra forma, liberando su energía almacenada en una ráfaga de calor. Grossman lo describe como la creación de una batería de calor recargable con una larga vida útil, como una batería convencional.

Una de las grandes ventajas del nuevo enfoque para aprovechar la energía solar, Grossman dice:es que simplifica el proceso al combinar la recolección y el almacenamiento de energía en un solo paso. "Tienes un material que convierte y almacena energía, ”, Dice. "Es robusto, no se degrada, y es barato ". Una limitación, sin embargo, es que si bien este proceso es útil para aplicaciones de calefacción, producir electricidad requeriría otro paso de conversión, utilizando dispositivos termoeléctricos o produciendo vapor para hacer funcionar un generador.

Si bien el nuevo trabajo muestra la capacidad de almacenamiento de energía de un tipo específico de molécula, nanotubos de carbono funcionalizados con azobenceno, Grossman dice que la forma en que se diseñó el material implica "un concepto general que se puede aplicar a muchos materiales nuevos". ya ha sido sintetizado por otros investigadores para diferentes aplicaciones, y simplemente necesitarían ajustar sus propiedades para el almacenamiento térmico solar.

La clave para controlar el almacenamiento térmico solar es una barrera de energía que separa los dos estados estables que puede adoptar la molécula; la comprensión detallada de esa barrera fue fundamental para la investigación anterior de Grossman sobre fulvalene dirunthenium, teniendo en cuenta su estabilidad a largo plazo. Una barrera demasiado baja y la molécula volvería con demasiada facilidad a su estado "sin carga", no almacenar energía durante períodos prolongados; si la barrera fuera demasiado alta, no podría liberar fácilmente su energía cuando fuera necesario. “La barrera debe optimizarse, ”Dice Grossman.

Ya, el equipo está "mirando muy activamente una gama de nuevos materiales, ”, Dice. Si bien ya han identificado el material muy prometedor descrito en este documento, él dice, “Veo esto como la punta del iceberg. Estamos bastante entusiasmados con eso ".

Yosuke Kanai, profesor asistente de química en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, dice que “la idea de almacenar energía solar de forma reversible en enlaces químicos está ganando mucha atención en estos días. La novedad de este trabajo es cómo estos autores han demostrado que la densidad de energía se puede incrementar significativamente utilizando nanotubos de carbono como plantillas a nanoescala. Esta idea innovadora también abre una vía interesante para adaptar moléculas fotoactivas ya conocidas para los combustibles térmicos solares y el almacenamiento en general ”.