วิธีใหม่ในการเก็บความร้อนจากดวงอาทิตย์: ท่อนาโนคาร์บอนดัดแปลงสามารถเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างไม่มีกำหนด แล้วนำมาชาร์จใหม่เมื่อสัมผัสกับแสงแดด

การเก็บความร้อนของดวงอาทิตย์ในรูปแบบทางเคมี แทนที่จะเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าหรือเก็บความร้อนไว้ในภาชนะที่มีฉนวนหนา มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ เนื่องจากตามหลักการแล้ว สารเคมีสามารถเก็บไว้ได้นานโดยไม่สูญเสีย พลังงานที่เก็บไว้ ปัญหาของแนวทางดังกล่าวคือจนถึงขณะนี้ สารเคมีที่จำเป็นในการแปลงสภาพและการเก็บรักษาอาจเสื่อมสภาพภายในไม่กี่รอบ หรือรวมถึงธาตุรูทีเนียมซึ่งหายากและมีราคาแพง เมื่อปีที่แล้ว เจฟฟรีย์ กรอสแมน รองศาสตราจารย์แห่ง MIT และผู้ร่วมวิจัย 4 คนค้นพบว่าฟูลวาลีนไดรูทีเนียมซึ่งเป็นที่รู้จักในหมู่นักวิทยาศาสตร์ว่าเป็นสารเคมีที่ดีที่สุดในการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบผันกลับได้ เนื่องจากไม่ย่อยสลาย สามารถบรรลุผลสำเร็จนี้ได้อย่างไร กรอสแมนกล่าวในเวลานั้นว่าการทำความเข้าใจกระบวนการนี้ดีขึ้นจะช่วยให้ค้นหาสารประกอบอื่นๆ ได้ง่ายขึ้น ซึ่งทำจากวัสดุมากมายและราคาไม่แพง ซึ่งสามารถนำมาใช้ในลักษณะเดียวกันได้ ตอนนี้เขาและ postdoc Alexie Kolpak ประสบความสำเร็จในการทำเช่นนั้น เอกสารที่อธิบายการค้นพบใหม่ของพวกเขาได้รับการเผยแพร่ทางออนไลน์ในวารสารNano Lettersและจะปรากฏในฉบับพิมพ์ในฉบับต่อไป วัสดุใหม่ที่ Grossman และ Kolpak ค้นพบนั้นสร้างขึ้นโดยใช้ท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งเป็นโครงสร้างท่อขนาดเล็กของคาร์บอนบริสุทธิ์ ร่วมกับสารประกอบที่เรียกว่า azobenzene Grossman, Carl Richard Soderberg รองศาสตราจารย์ด้าน Power Engineering กล่าวว่า โมเลกุลที่เป็นผลลัพธ์ ความร้อน ซึ่งผลิตขึ้นโดยใช้แม่แบบระดับนาโนเพื่อกำหนดรูปร่างและจำกัดโครงสร้างทางกายภาพของพวกมัน ได้รับ "คุณสมบัติใหม่ที่ไม่มี" ในวัสดุแยกต่างหาก ระบบเคมีใหม่นี้ไม่เพียงแต่มีราคาถูกกว่าสารประกอบที่มีรูทีเนียมก่อนหน้านี้เท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพมากกว่าอย่างมากในการกักเก็บพลังงานในพื้นที่ที่กำหนด ซึ่งสูงกว่าความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรประมาณ 10,000 เท่า Kolpak กล่าว ทำให้ระบบนี้ ความหนาแน่นของพลังงานเทียบได้กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ด้วยการใช้วิธีการผลิตแบบนาโน "คุณสามารถควบคุมปฏิสัมพันธ์ของ [โมเลกุล" ได้ เพิ่มปริมาณพลังงานที่พวกมันสามารถเก็บได้ และระยะเวลาที่พวกมันสามารถเก็บมันได้ และที่สำคัญที่สุดคือ คุณสามารถควบคุมทั้งสองอย่างแยกกันได้" เธอกล่าว . การจัดเก็บพลังงานเคมีเชิงความร้อนของพลังงานแสงอาทิตย์ใช้โมเลกุลที่โครงสร้างเปลี่ยนไปเมื่อสัมผัสกับแสงแดด และสามารถคงรูปในรูปแบบนั้นได้อย่างไม่มีกำหนด จากนั้นเมื่อถูกสะกิดโดยสิ่งกระตุ้น เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยา การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อย แสงวาบ มันสามารถกลับคืนสู่รูปแบบอื่นได้อย่างรวดเร็ว ปลดปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ออกมาด้วยความร้อนที่ปะทุออกมา กรอสแมนอธิบายว่าเป็นการสร้างแบตเตอรี่ความร้อนแบบชาร์จไฟได้ที่มีอายุการเก็บรักษานาน เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ทั่วไป Grossman กล่าวว่าข้อดีอย่างหนึ่งของแนวทางใหม่ในการควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์คือทำให้กระบวนการง่ายขึ้นโดยการรวมการเก็บเกี่ยวและการจัดเก็บพลังงานไว้ในขั้นตอนเดียว "คุณมีวัสดุที่ทั้งแปลงและเก็บพลังงาน" เขากล่าว "มันแข็งแกร่ง ไม่เสื่อมคุณภาพ และราคาถูก" อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดประการหนึ่งคือแม้ว่ากระบวนการนี้จะมีประโยชน์สำหรับการให้ความร้อน แต่ในการผลิตไฟฟ้าจะต้องมีขั้นตอนการแปลงอีกขั้นหนึ่ง โดยใช้อุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกหรือการผลิตไอน้ำเพื่อเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในขณะที่ผลงานชิ้นใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกักเก็บพลังงานของโมเลกุลชนิดใดชนิดหนึ่ง ซึ่งก็คือท่อนาโนคาร์บอนที่ทำหน้าที่เป็นอะโซเบนซีน ซึ่งกรอสแมนกล่าวว่าวิธีการออกแบบวัสดุนั้นเกี่ยวข้องกับ "แนวคิดทั่วไปที่สามารถนำไปใช้กับวัสดุใหม่ๆ ได้มากมาย" สิ่งเหล่านี้จำนวนมากได้รับการสังเคราะห์โดยนักวิจัยคนอื่น ๆ สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน และเพียงแค่ต้องมีการปรับคุณสมบัติอย่างละเอียดสำหรับการจัดเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์ กุญแจสำคัญในการควบคุมการจัดเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์คือสิ่งกีดขวางพลังงานที่แยกสถานะเสถียรสองสถานะที่โมเลกุลสามารถนำมาใช้ได้ ความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับสิ่งกีดขวางนั้นเป็นศูนย์กลางของการวิจัยก่อนหน้านี้ของกรอสแมนเกี่ยวกับฟูลวาลีนไดรันทีเนียม ซึ่งคำนึงถึงความเสถียรในระยะยาว สิ่งกีดขวางต่ำเกินไป และโมเลกุลจะกลับสู่สถานะ "ไม่มีประจุ" ได้ง่ายเกินไป ทำให้ไม่สามารถเก็บพลังงานได้เป็นเวลานาน หากบาเรียสูงเกินไป ก็จะไม่สามารถปลดปล่อยพลังงานได้อย่างง่ายดายเมื่อต้องการ "สิ่งกีดขวางต้องได้รับการปรับให้เหมาะสม" กรอสแมนกล่าว ทีมงานกำลัง "มองหาวัสดุใหม่ๆ อย่างกระตือรือร้น" เขากล่าว แม้ว่าพวกเขาได้ระบุเนื้อหาที่น่าสนใจมากที่อธิบายไว้ในเอกสารนี้แล้ว เขากล่าวว่า "ฉันเห็นว่านี่เป็นเพียงส่วนยอดของภูเขาน้ำแข็ง เราค่อนข้างตื่นเต้นกับเรื่องนี้" Yosuke Kanai ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านเคมีแห่งมหาวิทยาลัย North Carolina ที่ Chapel Hill กล่าวว่า "แนวคิดในการกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบผันกลับได้ในพันธะเคมีกำลังได้รับความสนใจอย่างมากในทุกวันนี้ ความแปลกใหม่ของผลงานชิ้นนี้คือวิธีที่ผู้เขียนเหล่านี้ได้แสดงให้เห็นว่า ความหนาแน่นของพลังงานสามารถเพิ่มขึ้นอย่างมากโดยใช้ท่อนาโนคาร์บอนเป็นแม่แบบระดับนาโน นอกจากนี้ แนวคิดที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้ยังเปิดช่องทางที่น่าสนใจสำหรับการปรับแต่งโมเลกุลโฟโตแอกทีฟที่รู้จักอยู่แล้วสำหรับเชื้อเพลิงความร้อนจากแสงอาทิตย์และการจัดเก็บโดยทั่วไป"