Pomysły na magazynowanie energii pojawiają się na świecie często i przybierają różne formy. Przykładowo firma NRD rozwija stuletnią baterię. Z innej strony powstają próby ujarzmienia perowskitów w dachówce. Oblicza energii będą się zmieniać i nie chodzi tylko o sprawdzone urządzenia w stanie stałym. Nowością może być żel, który mógłby pomóc w tworzeniu płynnego magazynu energii.
Redoks dzięki ekspozycji na światło albo prąd
Uczeni z Northwestern stworzyli, jak sami go nazywają, “materiał, który magazynuje energię”. Nie jest to jednak ogniwo litowo-jonowe, bo nie ma tutaj elementu stałego. Zamiast tego jest konstrukcja przypominająca w swoim kształcie komórki to układ chemiczny. W nim energia jest magazynowana jako elektrony wewnątrz samoorganizującej się struktury molekularnej.
Energia jest emitowana po wypuszczeniu, materiał magazynujący wypuszcza elektrony do tlenu, tworząc ich reaktywne formy, które potrafią oksydować także w ciemności. Reakcja redoks w tym przypadku może odbyć się także dzięki promieniu rentgenowskiemu czy wejściu w kontakt z innym paliwem chemicznym. Wtedy molekuły akceptują elektrony, a molekuły nakładają się na siebie i wiążą dzięki oddziaływaniu π-π. To sytuacja, w której rozproszone układy elektronów π przyciągają się niekowalencyjnie. W tym przypadku wiąże się to z wytworzeniem polimerowych włókiem supramolekularnych (złożonych z wielu słabych, odwracalnych oddziaływań).
Efektem widocznym dla oka w tej reakcji jest zmiana koloru żółtego płynu na czarny hydrożel, mający właściwości przewodnicze. W przeciwieństwie do tradycyjnych baterii, molekuły nie przytrzymują jonów. Zamiast tego stale się reorganizują i tworzą nową, delikatną strukturę, która stabilizuje ładunek. W warunkach beztlenowych taki hydrożel może utrzymywać energię przez miesiące bez wyraźnej utraty.
Jej emisja wiąże się z wprowadzeniem tlenu, który przygarnia do siebie zebrane z żelu elektrony, a to wytwarza wysoce reaktywne molekuły zawierające tlen. Wyrzut energii z oksydacji nie przypomina strumienia energii z obwodu, a aktywność redoksową, z której należałoby wydobyć energię poprzez zainstalowanie systemu ekstrakcji.
Rozwiązanie naukowcy nazwali “mroczną fotokatalistyką”. Do reakcji nie potrzeba światła, bo materiał może być przez nie pierwotnie naładowany, a później elektrony zostaną aktywowane w inny sposób lub także za pomocą światła.
Nie naładujesz żelem telefonu, ale i tak się przyda
Reakcja, w której dochodzi do wytworzenia się prądu, jest czysto chemiczna. Może przydać się tam, gdzie trudno wprowadzić energię elektryczną, jak chociażby w utlenianiu cząstek organicznych, co mogłoby pomóc w niszczeniu czynników zanieczyszczających i sterylizowaniu powierzchni. W tej chwili tego typu hydrożel nie ma łatwej drogi do wytwarzania energii elektrycznej i musiałby zostać zamknięty w obwodzie bez tlenu i z elektrolitem, które pozwoliłyby na przepływ jonów równoważących ładunek.
Czytaj także: Szwajcarscy naukowcy stworzyli nowy rodzaj piksela. Myślałem, że to tylko kosmetyczna zmiana, ale konsekwencje będą duże
Kluczem do sukcesu i długotrwałego utrzymywania zapasu energii jest brak kontaktu z tlenem. Ponadto gęstość energetyczna hydrożelu nie jest wysoka. Nie zostanie on więc nowym źródłem magazynowania energii i nie pokona litu w zagęszczeniu energii w ogniwie. Jednocześnie dzięki temu, że żel można “zresetować”, system pozwala na wielokrotne ładowanie i wykorzystanie. A to otwiera drogę do stworzenia baterii przepływowej, jeśli tylko chcielibyśmy wlewać żel i wylewać żółtą ciecz.
