Ten ukryty stan pośredni, jak go nazywają autorzy najnowszych ustaleń, miałby pozwolić projektować znacznie wydajniejsze materiały dla sektora czystej energii. Bo choć przez lata chemicy zakładali, że reakcje prowadzące do powstawania nowych materiałów przebiegają stosunkowo prosto, to zespół z Warwick odkrył, że pomiędzy znanymi etapami pojawiają się krótkotrwałe, niestabilne struktury materiałowe, które wcześniej były praktycznie niewidoczne. To właśnie one mogą zapewniać właściwości znacznie bardziej użyteczne niż końcowy materiał.
Czytaj też: W Azji nie martwią się o przyszłość energetyki. Mają już baterię, która rozwiązuje większość problemów
Jednym z najważniejszych odkryć w tej materii była nowa forma materiału: bizmutanu wanadu. Ten od dawna jest uznawany za bardzo obiecujący w produkcji paliw słonecznych. Potrafi bowiem absorbować światło słoneczne i wykorzystywać energię do rozbijania cząsteczek wody na wodór i tlen. Problem polegał jednak na tym, że jego wydajność była ograniczona, a naukowcy nie do końca rozumieli, dlaczego.
Nowe badania pokazały, że podczas podgrzewania i formowania materiał przechodzi przez ukryte fazy pośrednie o zupełnie innych właściwościach elektronicznych. Te mogą odpowiadać za poprawę przewodnictwa, magazynowania energii i efektywności reakcji chemicznych. Zdaniem autorów kontrolowanie tych przejściowych etapów może pozwolić tworzyć materiały lepiej nadające się do produkcji wodoru oraz nowoczesnych baterii.
Laurel MacGillivray z University of Warwick tłumaczy, iż przez dekady chemia materiałowa skupiała się głównie na stanie początkowym i końcowym reakcji. Tymczasem największy potencjał może znajdować się gdzieś pomiędzy. Jako że jednym z największych problemów współczesnych baterii jest ograniczona pojemność oraz degradacja materiałów po wielu cyklach ładowania, to stabilizacja “ukrytych” struktur chemicznych mogłaby doprowadzić do powstania baterii magazynujących więcej energii przy mniejszym zużyciu surowców.
Co jeszcze mogę dodać? Jak się okazuje, podobne zjawiska mogą zachodzić w wielu innych materiałach wykorzystywanych w elektronice, fotowoltaice czy magazynowaniu energii. Oznaczałoby to, iż współczesna chemia materiałowa może dopiero odkrywać prawdziwe możliwości substancji znanych od dziesięcioleci.
Pokrywałoby się to z rosnącym przekonaniem, że przyszłość energetyki nie musi zależeć wyłącznie od odkrywania nowych pierwiastków, ale przede wszystkim od lepszego rozumienia zachowania materiałów na poziomie atomowym. Jeśli dotychczasowe rewelacje się potwierdzą, a inżynierowie faktycznie będą mogli wykorzystać nowe struktury w praktyce, ich technologia zrobi niemałą furorę.
Źródło: Nature Communications
