Güneş Enerjisini Uzun Süre Depolayabilen Materyaller Keşfedildi
Fotoğraf: MOF kristalinin elektron mikroskobunda görüntüsü (kaynak: CSIRO)
İklim değişikliği ile mücadelede fosil yakıtlardan yenilenebilir enerjiye geçiş başladı. Bu nedenle enerjiyi depolamak için yeni yöntemlere duyulan ihtiyaç arttı.
Lancaster Üniversitesi araştırmacıları kristal bir malzemenin güneş enerjisini depolayabileceğini keşfettiler. Bu enerji aylarca oda sıcaklığında depolanabilir ve isteğe bağlı olarak ısı şeklinde serbest bırakılabilir.
Bu tür malzemeler yaz aylarında güneş enerjisini yakalamanın ve daha az güneş enerjisinin olduğu kış aylarında kullanmak üzere depolamanın bir yolu olarak heyecan verici olabilir.
Bu uygulama şebekeden bağımsız ısıtma sistemleri veya evlerde ve ofislerde geleneksel ısıtmaya çevre dostu bir katkı olarak paha biçilemez olacaktır. Bu materyal aynı zamanda ince bir kaplama olarak üretilebilir, binaların yüzeyine kaplanabilir veya depolanan ısı dondurucu kış sabahlarında arabaların ön camlarındaki buzu çözmek için kullanılabilir.
Malzeme, bir tür ‘metal-organik-çerçeve’ (metal-organic framework (MOF)) ‘ye dayanmaktadır. Bunlar, 3 boyutlu yapılar oluşturmak için karbon bazlı moleküllerle bağlanmış metal iyonları ağından oluşur. MOF’lerin önemli bir özelliği gözenekli olmalarıdır, yani yapıları içinde diğer küçük molekülleri barındırarak kompozit malzemeler oluşturabilirler.
Lancaster araştırma ekibi, daha önce Japonya’daki Kyoto Üniversitesi’nde başka bir ekip tarafından hazırlanan ve ‘DMOF1’ olarak bilinen bir MOF kompozitinin enerji depolamak için kullanılıp kullanılamayacağını araştırmak üzere yola çıktı.
MOF gözenekleri, ışığı güçlü bir şekilde emen azobenzen molekülleri ile yüklendi. Bu moleküller ısı veya ışık gibi dışarıdan bir uyarana karşı şeklini değiştirebilen bir tür ‘moleküler mekanizma’ olan ışık sensörü gibi davranır.
Testler sırasında araştırmacılar malzemeyi UV ışığına maruz bırakıp, azobenzen moleküllerinin MOF gözenekleri içinde gergin bir konfigürasyona dönüşmesine neden oldu. Bu işlem enerjiyi sıkıştırılmış bir yayın potansiyel enerjisine benzer şekilde depolar. Daha da önemlisi, küçük MOF gözenekleri azobenzen moleküllerini gergin şekillerinde hapseder, bu da potansiyel enerjinin oda sıcaklığında uzun süre saklanabileceği anlamına gelir.
Konumunu değiştirmek için uyarıcı olarak dışarıdan ısı uygulandığında enerji tekrar serbest bırakılır ve bu bir yayın geri fırlaması gibi çok hızlı olabilir. Böylece, cihazın diğer malzemelerini ısıtmak için bir ısı artışı sağlar.
Diğer testler, malzemenin enerjiyi en az 4 ay depolayabileceğini gösterdi. Işığa duyarlı birçok malzemenin saatler veya birkaç gün dayandığı düşünülünce bu keşif heyecan verici bulundu. Enerjinin uzun süreli depolanması diğer mevsimler için depolama olanağı sağlar.
Güneş enerjisini ışık sensörleriyle depolama konsepti daha önce çalışılmıştı, ama daha önceki örneklerin çoğunda sensörlerin sıvı içinde bulunması gerekiyordu. Çünkü MOF kompoziti katıdır ve sıvı bir yakıt olmadığı için kimyasal olarak kararlıdır. Bu, kaplamalar ve diğer cihazlar ile ilgili çalışmaları daha kolay hale getirdi.
Lancaster Üniversitesi’nde Malzeme Kimyası kıdemli öğretim görevlisi ve çalışmanın ortak araştırmacısı Dr. John Griffin şunları söyledi, “Malzeme, el ısıtıcılarında ısı sağlamak için kullanılan faz değişim malzemeleri gibi çalışır. Bununla birlikte, el ısıtıcıları şarj edilmeden önce ısıtılmalıdır. Bu malzemenin güzel yanı, direkt olarak güneşten “bedava” enerji almasıdır. Ayrıca hareketli veya elektronik parçaları yoktur, bu nedenle enerji depolanırken ve serbest bırakılırken herhangi bir kayıp yoktur. Daha ilerideki çalışmalar ile daha da fazla enerji depolayan başka malzemeler üretebileceğimizi umuyoruz. ”
Bu bulgular, diğer gözenekli malzemelerin ışık sensörü kavramını kullanarak daha iyi enerji depolama özelliklerine sahip olabileceklerini görmek için yeni araştırma yolları açıyor.
Ortak araştırmacı Dr. Nathan Halcovitch, “Çalışmamız, bu malzemeleri optimize etmenin birkaç yolu olduğunu gösteriyor. Bunlar; ışık sensörlerini veya gözenekli yapıları değiştirerek denemeler yapmak.”
Işık sensörü moleküllerini içeren kristal malzemeler için diğer olası uygulamalar arasında veri depolama yer alır. Ayrıca ilaç taşıma potansiyeline de sahiptirler. İlaçlar ışık sensörlerini kullanarak bir materyalin içine sabitlenebilirler ve daha sonra ısı veya ışık tetikleyicisi kullanarak talebe göre vücudun içine salınırlar.
Sonuçlar, materyalin uzun süre enerji depolayabilmesi için umut verici olsa da enerji yoğunluğu ortalama değerler veriyor. Bir sonraki adım, diğer MOF yapılarının yanında daha fazla enerji depolama potansiyeline sahip alternatif kristal malzemeleri araştırmak.
Leverhulme Trust tarafından desteklenen çalışma, ‘Long-Term Solar Energy Storage under Ambient Conditions in a MOF-Based Solid-Solid Phase Change Material’ olarak Chemistry of Materials dergisinde yayımlandı.
Kaynak: sciencedaily.com
