Çalışma, Gelecek Vaat Eden Materyalin Güneş Enerjisini Aylarca veya Yıllarca Depolayabileceğini Gösteriyor
Fotoğraf : Bunun gibi malzemeler potansiyel olarak otomobil camlarının buzunu çözmek için ince kaplamalar olarak geliştirilebilir.
Fosil yakıtlardan uzaklaştıkça ve iklim değişikliğiyle mücadele etmek için yenilenebilir enerjiye geçildikçe, enerjiyi yakalamak ve depolamak için yeni yollara duyulan ihtiyaç giderek daha önemli hale geliyor.
Lancaster Üniversitesi’nde bir kristal malzeme üzerinde çalışan araştırmacılar, bu malzemenin güneşten enerji almasını sağlayan özelliklere sahip olduğunu keşfettiler. Enerji, oda sıcaklığında birkaç ay depolanabilir ve talep üzerine ısı şeklinde serbest bırakılabilir.
Bu tür malzemeler daha fazla geliştirilirse, yazın güneş enerjisini yakalamanın ve daha az güneş enerjisinin mevcut olduğu kış aylarında kullanımı için depolamanın bir yolu olarak heyecan verici bir potansiyel sunabilir.
Bu malzeme, şebekeden bağımsız sistemlerdeki veya uzak konumlardaki ısıtma sistemleri gibi uygulamalar için veya evlerde, ofislerde geleneksel ısıtmaya çevre dostu bir tamamlayıcı olmak adına paha biçilmez olacaktır. Ayrıca, potansiyel olarak ince bir kaplama olarak üretilebilir ve binaların yüzeyine uygulanabilir veya depolanan ısının dondurucu kış sabahlarında camın buzunu çözeceği arabaların ön camlarında kullanılabilir.
Materyal, bir tür ‘metal-organik çerçeve’ye (MOF) dayanmaktadır. Bunlar, 3 boyutlu yapılar oluşturmak için karbon bazlı moleküllerle bağlanmış bir metal iyonları ağından oluşur. MOF’lerin temel özelliği, gözenekli olmalarıdır, yani yapıları içinde diğer küçük molekülleri barındırarak kompozit malzemeler oluşturabilirler.
Lancaster araştırma ekibi, daha önce Japonya’daki Kyoto Üniversitesi’nde ayrı bir araştırma ekibi tarafından hazırlanan ve ‘DMOF1’ olarak bilinen MOF kompozitinin, enerjiyi depolamak için kullanılıp kullanılamayacağını keşfetmek için yola çıktı. MOF kompozitinin bu özelliği daha önce hiç araştırılmamıştı.
MOF gözenekleri, ışığı güçlü bir şekilde emen bir bileşik olan azobenzen molekülleri ile yüklendi. Bu moleküller, ışık veya ısı gibi harici bir uyarıcı uygulandığında şekil değiştirebilen bir tür ‘moleküler makine’ olan foto şalteri görevi görür.
Testlerde, araştırmacılar materyali UV ışığına maruz bıraktılar, bu da azobenzen moleküllerinin MOF gözenekleri içinde gergin bir konfigürasyona şekil değiştirmesine neden oldu. Bu işlem, enerjiyi bükülmüş bir yayın potansiyel enerjisine benzer şekilde depolar. Daha da önemlisi, dar MOF gözenekleri, azobenzen moleküllerini gergin şekillerinde hapseder, bu da potansiyel enerjinin oda sıcaklığında uzun süre depolanabileceği anlamına gelir.
Kompozitin durumunu ‘değiştirmek’ için bir tetik olarak harici ısı uygulandığında enerji tekrar serbest bırakılır ve bu serbest bırakma çok hızlı olabilir aynı düz haline geri dönen bir yaydaki gibi. Bu, diğer cihaz malzemelerini ısıtmak için kullanılabilecek bir ısı artışı sağlar.
Daha ileri testler, malzemenin enerjiyi en az dört ay depolayabildiğini gösterdi. Işığa duyarlı birçok malzeme birkaç gün içinde eski haline geri döndüğü için kompozitin bu özelliğinin keşfi heyecan verici bir gelişme gibi görünüyor. Enerjinin uzun süre depolanabilmesi, sezonlar arası depolama için olanaklar yaratır.
Foto şalterlerde güneş enerjisinin depolanması kavramı üzerine daha önce çalışılmıştı, ancak önceki örneklerin çoğunda foto şalterlerin bir sıvı içinde olması gerekiyordu. MOF kompoziti sıvı yakıt değil de katı olduğundan, kimyasal olarak kararlıdır ve kolayca tutulur. Bu durum, kompozitin kaplamalara veya bağımsız cihazlara donüştürülmesini çok daha kolay hale getirir.
Lancaster Üniversitesi’nde Malzeme Kimyası Kıdemli Öğretim Görevlisi ve çalışmanın ortak Baş Araştırmacısı Dr. John Griffin şunları söyledi: “Malzeme, biraz da el ısıtıcılarında ısı sağlamak için kullanılan faz değişim malzemeleri gibi işlev görür. Bununla birlikte, el ısıtıcıları yeniden şarj edilmek için ısıtılmalıyken, bu malzemenin güzel yanı, doğrudan güneşten “bedava” enerjiyi yakalamasıdır. Ayrıca hareketli veya elektronik parçaları yoktur ve bu nedenle güneş enerjisinin depolanması ve salınmasında herhangi bir kayıp yoktur. Çeşitli geliştirmeler ile daha da çok enerji depolayan başka malzemeler yapabileceğimizi umuyoruz.”
Bu bulgular, diğer gözenekli malzemelerin, sınırlı foto şalteri konseptini kullanarak iyi enerji depolama özelliklerine sahip olabileceğini görmek için yeni araştırma yolları açıyor.
Araştırmacı Dr. Nathan Halcovitch şunları ekledi: “Yaklaşımımız, bu malzemeleri fotoğraf şalterinin kendisini veya gözenekli çerçevesini değiştirerek optimize etmenin birkaç yolu olduğu anlamına geliyor.”
Foto şalter molekülleri içeren kristal malzemeler için diğer potansiyel uygulamalar arasında veri depolama yer alır – kristal yapıdaki foto şalterlerinin düzgün ve belirli dizilimi, prensipte hassas bir ışık kaynağı kullanılarak tek tek değiştirilebilecekleri ve daha sonra verileri bir CD’deki veya DVD’deki gibi ama moleküler düzeyde depolayabilecekleri anlamına gelir. Ayrıca ilacı vücuda verme potansiyeline de sahiptirler – ilaçlar, foto şalterler kullanılarak bir materyalin içinde kilitlenebilir ve ardından, bir ışık veya ısı tetikleyicisi kullanılarak vücutta isteğe bağlı olarak serbest bırakılabilirler.
Sonuçlar, bu malzemenin uzun süre enerji depolama yeteneği için umut verici olsa da, malzemenin tuttuğu enerji miktarı çok fazla değil. Sonraki adımlar, diğer MOF yapılarının yanı sıra daha fazla enerji depolama potansiyeline sahip alternatif kristal malzeme türlerini araştırmaktır.
Kaynak : chemeurope.com
