Energiaéhség

Itt az idő lecserélni akkumulátorainkat?

Napenergiával töltött nanocsöves üzemanyag lehet a megoldás napjaink energiaproblémájára.

2011.07.19 16:04Szilágyi Szabolcs - ma.hu
nyomtatásKinyomtatom
beszélj rólaFórumozok róla
+Nagyobb betűméret-Kisebb betűméretbetűméret

Az 1970-es évek óta dolgoznak azon a kémikusok, hogy a napenergiát fényre állapotot változtató molekulákkal tárolják el. A fotoaktív, azaz fényérzékeny molekulák a „nap üzemanyag” ideális alapjául szolgálhatnának, mivel megfelelő struktúrába rendezve könnyen szállítható, olcsó és újratölthető energiatárolót kapunk. Azonban van egy apró kis gond vele: mindmáig nem sikerült létrehozni olyan formában, hogy minden, vele szemben támasztott feltételt teljesítene. Például a nemrég kifejlesztett tetrakarbon-diruténium fulvalén vegyület akár meg is felelhetne a kívánalmaknak, ha a ruténium nem lenne ritka és éppen ezért igen drága anyag.

Nem adták fel azonban a kutatók a reményt, hogy egyszer sikerül létrehozni a kívánt struktúrát, és úgy tűnik, erőfeszítéseik beérni látszanak. Alexie Kolpak és Jeffrey Grossman újfajta anyaggal álltak elő, mely nem csak, hogy rendelkezik a fenti tulajdonságokkal, de emellett termális stabilitás és a napjainkban forgalomban levő lítium-ion akkumulátoroknál nagyobb energiasűrűség is jellemzi fejlesztésüket. Az MIT két tudósa által létrehozott design szerves fényérzékeny molekulákat kombinál azobenzénnel és az egyre népszerűbbé váló szén nanocsövekkel.

Forrás: wired

Mielőtt a fejlesztést részletesen ismertetnénk, érdemes pár szót szánni a fotoaktív molekulák napenergia-tároló képességének működésére. Amikor egy ilyen molekula elnyeli a napsugárzást, konformációs változáson megy keresztül, azaz alacsony energiaállapotból magasabba kerül. Utóbbi helyzetben metastabillá válik, azaz rövid ideig stabil állapotú marad, de nagymértékben hajlamos energiavesztésre. Valamilyen behatás (feszültség, hő, fény stb.) következtében a molekula gyakorlatilag azonnal visszakerül alapállapotába, a két állapot közötti energiakülönbség (ezt ΔH-val jelölik) pedig távozik.

A napenergiára alapuló üzemanyagban rejlő legnagyobb kihívás, hogy olyan anyagot kell létrehozni, aminek molekulái egyenként is relatíve nagy energiakülönbséget képesek abszorbeálni és leadni, illetve nagy aktivációs energiával rendelkezik. Ez a két tényező sajnos gyakran egymás ellen dolgozik, hiszen ha utóbbi túl alacsony, akkor az anyag instabillá válik, és hajlamosabb nem kívánt módon (azaz túl hamar) leadni az eltárolt töltést. Márpedig, ha a ΔH magas, akkor többnyire az aktivációs energia alacsony.

Egy kis szenet ide, némi nanocsövet oda...

Kolpak és Grossman kutatásának fontossága pont ebben rejlik: a szakemberpáros megtalálta a két érték közötti ideális egyensúlyt. Az azobenzén és a szén nanocsövek közötti kötés számítógépes modelljének vizsgálata fényt derített arra, hogy az előbbi szén nanocsőben való alkalmazásával mind az alacsony, mind a magas energiaállapot stabillá válik. Mivel elég jelentős energiakülönbség van a két helyezett között, ez egyben jó (magas) ΔH-t is jelent. A kutatók állítása szerint így a kapacitás feleződéséig egy év is eltelhet, ami nagyon jó eredmény a korábbiakhoz képest.

Kérdés persze, mekkora is ez a tárolókapacitás. Az MIT-n dolgozó szakemberek szerint saját fejlesztésük túlteljesíti a lítium-ion akkumulátorokét. A jelenleg használt technológia 200-600 wattórára képes literenként, ugyanakkor az azobenzén / szén nanocső megoldás nagyjából 690 wattórát biztosít literenként. Teszi mindezt úgy, hogy az azobenzén egymagában mindössze 90 wattóra/liter paraméterrel bír.

Sajnos, hátra van még a feketeleves. Kolpak és Grossman mindezt csak elméletben, vagyis számítógépes modelleken próbálta ki, a valóságban még nem hozták létre az üzemanyagot. Ráadásul, elmondásuk szerint az azobenzén / szén nanocső alapú akkumulátor energialeadása csak hő formájában történhet, vagyis, ha ezzel az energiával elektromos berendezéseket akarunk működtetni, akkor először át kell alakítani a hőt elektromossággá. Ez természetesen nem mehet végbe 100 százalékos hatásfokkal, ami rontja a rendszer összteljesítményét, emellett összetettebbé is teszi azt.

Kapcsolódó írások:

Amennyiben a Könyjelző eszköztárába szeretné felvenni az oldalt, akkor a hozzáadásnál a Könyvjelző eszköztár mappát válassza ki. A Könyvjelző eszköztárat a Nézet / Eszköztárak / Könyvjelző eszköztár menüpontban kapcsolhatja be.