Güneş ışığını koruyun ve bir düğmeye basarak hidrojene erişin

Yeni bir polimer, ışık enerjisini günlerce depoluyor ve geceleri ve bulutların olduğu zamanlarda bile onu hidrojen biçiminde salıyor.

Güneş ışığının enerjisini yakalamak, günlerce depolamak ve gerektiğinde ona hidrojen olarak erişmek: Ulm ve Jena üniversitelerindeki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir materyal tam da bunu başarıyor.

Özel olan şey: sistem, hidrojeni serbest bırakmak için güneş ışığına güvenmiyor. Geceleri veya gökyüzünün bulutlu olduğu zamanlarda kullanılabilir.

Ekip sonuçları uzman dergide yayınladı Doğa iletişimi.

Moleküler düzeyde bir güneş pili

Sistemin kalbi suda çözünür bir kopolimerdir. Bu, iki farklı organik yapı taşından oluşan büyük bir moleküldür.

Bir yapı taşı polimerin suda çözünür olmasını sağlar. Viogen ünite olarak adlandırılan diğer ünite ise tıpkı küçük bir pil gibi elektronları emip tutabiliyor.

Ulm Üniversitesi'nden inorganik kimya profesörü Sven Rau, “Bunu moleküler düzeyde güneş pili ve pilin bir kombinasyonu olarak düşünebilirsiniz” diye açıklıyor.

İlk adımda görünür ışık sulu çözeltideki polimere çarpıyor. Özel bir rutenyum bazlı boya, ışık enerjisini yakalar ve elektronları viyolojen birimlerin üzerine iter.

Polimer bu şekilde %80'in üzerinde bir verimlilikle yüklenir. Laboratuvar ölçümleri şunu gösteriyor: Tamamen karanlıkta 72 saat sonra bile polimer neredeyse tamamen şarjını koruyor.

Talep üzerine hidrojen – güneş ışığı olmadan

Hidrojene ihtiyaç duyulursa, onu serbest bırakmak için basit bir kimyasal numara yeterlidir. Araştırmacılar çözeltiye pH değerini düşüren bir asit ve katalizör eklediler.

Depolanan elektronlar sonunda protonlarla birleşerek hidrojen oluşturur. Bu geçiş tamamen ışıksız gerçekleşir.

Jena Friedrich Schiller Üniversitesi Organik ve Makromoleküler Kimya Enstitüsü müdürü Ulrich S. Schubert, “Gerekirse kimyasal enerjiyi hidrojen formunda geri kazanıyoruz. Bu amaçla depolanan elektronlar hedefli bir şekilde yeniden kullanılıyor” diyor.

Platin nanoparçacıklarını katalizör olarak kullanan sistem, depolanan elektronların %72'ye kadarını hidrojene dönüştürüyor.

Renk değişimi şarj durumunu gösterir

Pratik bir detay: Şarj durumu çıplak gözle okunabilir. Şarj edildikten sonra çözelti mor renkte parlıyor. Polimer enerjisini hidrojen şeklinde salıverirse renk sarıya döner. Çözelti daha sonra nötrleştirilir ve yeniden ışıkla ışınlanırsa mor renk geri döner: sistem yeniden kullanıma hazırdır.

Bu geri dönüşüm, herhangi bir karmaşık işleme gerek kalmadan basit bir pH anahtarıyla gerçekleşir.

Ancak laboratuvar verileri de sınırları gösteriyor: İkinci aşamada hidrojen üretiminin verimliliği %72'den %55'e düştü. Dört döngüden sonra bu oran yalnızca %32 civarındaydı.

Araştırmacılar bunun sebebini öncelikle polimerin kendisine değil, katalizöre saldıran tekrarlanan pH değişimlerinde görüyorlar.

Büyük potansiyel, ancak sorular hala cevapsız

Bu sınırlamalara rağmen polimer, karşılaştırılabilir depolama sistemlerinden önemli ölçüde daha iyi performans göstermektedir. Depolama yoğunluğu, daha önce benzer amaçlarla test edilen bazı metal-organik çerçeve bileşiklerinden altı kat daha fazladır.

Schubert, “Sonuçlar, ölçeklenebilir ve uygun maliyetli güneş enerjisi depolama teknolojileri için yeni perspektifler açıyor ve sürdürülebilir, kimyasal bazlı enerji ekonomisine giden yolda önemli bir yapı taşı sağlıyor” diyor.

Araştırmacılar olası bir uygulama alanı olarak güvenilir bir yeşil hidrojen kaynağına dayanan iklim açısından nötr çelik üretiminden bahsediyor.

Ancak pratikte kullanılmadan önce hala yapılması gereken işler var: Katalizörlerin uzun vadeli stabilitesi artmalı ve proses, değerini daha büyük ölçekte kanıtlamalıdır.