Wyniki badań autorstwa chińskich naukowców, opublikowane w czasopiśmie naukowym „Advanced Energy Materials”, mogą pomóc w przezwyciężeniu problemu, jaki towarzyszy pozyskiwaniu energii z promieni słonecznych, czyli braku możliwości jej wytwarzania w ciemności.
Chińscy naukowcy zmodyfikowali drewno, aby uzyskać energię słoneczną po zmroku
Naukowcy z Chin zmienili wewnętrzną strukturę drewna, przekształcając je w porowatą gąbkę, która może pochłaniać światło słoneczne i magazynować je w postaci ciepła. Ten zmodyfikowany materiał może służyć do wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej nawet w nocy.
Aby umożliwić wytwarzanie energii słonecznej również w nocy, naukowcy postawili na przyjazne dla środowiska rozwiązanie. Wykorzystali w nim drewno balsa – lekki, miękki gatunek drewna o naturalnie porowatej strukturze, którą można modyfikować. Ma ono również dobre właściwości termoizolacyjne, co czyni je idealnym materiałem do magazynowania energii.
Badacze w swoim eksperymencie nie mogli jednak wykorzystać surowego drewna, które samo w sobie odbija światło słoneczne i pochłania wodę. W związku z tym musieli najpierw pozbawić je ligniny – złożonej cząsteczki, która pomaga drzewom utrzymać się w pozycji pionowej poprzez wzmocnienie ich struktury. Usunięcie ligniny zwiększa natomiast porowatość drewna i poprawia jego zdolność do pochłaniania światła.
Czytaj więcej
Naukowcy pracują nad lekiem, który ma spowalniać starzenie się psów. Jeśli preparat zostanie zatwierdzony, może trafić na rynek jeszcze przed końce...
Naukowcy zmienili wewnętrzną strukturę drewna w celu wytworzenia energii słonecznej po zmroku
W dalszej kolejności naukowcy poddali wewnętrzne powierzchnie drewna obróbce chemicznej, pokrywając ścianki jego kanałów ultracienkimi warstwami czarnego fosforenu. Chociaż materiał ten silnie oddziałuje z szerokim zakresem światła i wykazuje wysokie przewodnictwo elektryczne, to jednak ulega degradacji pod wpływem tlenu. Aby przezwyciężyć związane z tym ograniczenia, badacze otoczyli każdy nanoarkusz warstwą ochronną wykonaną z kwasu taninowego i jonów żelaza. Taki rodzaj molekularnej osłony pomógł zapobiegać utlenianiu, jednocześnie poprawiając absorpcję światła.
Następnie, aby wzmocnić interakcję drewna ze światłem słonecznym, naukowcy dodali do niego nanocząsteczki srebra. W dalszej kolejności umieścili na powierzchni drewna łańcuchy węglowodorowe – cząsteczki złożone z atomów wodoru i węgla ułożone w strukturę przypominającą łańcuch. Pomogło to magazynować duże ilości energii i uwalniać ją później w postaci ciepła, a także sprawiło, że drewno stało się wyjątkowo odporne na wodę.
Na koniec badacze wypełnili wewnętrzne kanały drewna kwasem stearynowym, który może również pomagać w magazynowaniu światła słonecznego po podgrzaniu i uwalnianiu go po schłodzeniu.
Zmodyfikowane drewno balsa pozwala wytwarzać energię z promieni słonecznych po zmroku
Tak przygotowane drewno balsa naukowcy poddali testowi.
Okazało się, że kiedy światło słoneczne padało na materiał, rozgrzewało kwas stearynowy. Gdy tylko dopływ światła został odcięty, zmagazynowane ciepło było stopniowo uwalniane, co pozwalało na generowanie energii elektrycznej w ciemności.
Czytaj więcej
Bycie pierworodnym lub drugim dzieckiem w rodzinie może mieć wpływ na zdrowie, wykazały najnowsze badania. Naukowcy przeanalizowali dane ponad 10 m...
Analiza wykazała, że materiał przekształcił ok. 91,2 proc. światła słonecznego w ciepło, przewodząc ciepło prawie 3,9 razy wydajniej niż drewno w stanie naturalnym. Drewno modyfikowane termicznie wytworzyło, za pomocą generatora termoelektrycznego do 0,65 wolta energii elektrycznej w ciągu jednego cyklu słonecznego.
Materiał okazał się również niezwykle trwały. Jego wydajność pozostawała na niemal niezmiennym poziomie przez 100 cykli nagrzewania i chłodzenia, a w razie zapłonu drewno samoistnie gasło w ciągu dwóch minut, co zapobiegało pożarowi.
Wyniki uzyskane przez naukowców są na razie wstępne. Konieczne są dalsze prace, aby sprawdzić, czy nowy projekt może być szeroko stosowany do pozyskiwania energii słonecznej i przekształcania jej w energię elektryczną po zmroku.
