Novo material pode armazenar energia do Sol por meses ou até anos

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(Créditos: Aaron Burden/Unsplash)

Por David Nield
Publicado na ScienceAlert

Se quisermos melhorar o fornecimento de energia ao planeta com energia renovável, precisamos encontrar maneiras de armazenar com eficiência essa energia até que ela seja necessária – e os cientistas identificaram um material específico que pode nos dar exatamente isso.

O material é conhecido como estrutura metalorgânica (MOF, na sigla em inglês), na qual moléculas baseadas em carbono formam estruturas ligando íons metálicos. Crucialmente, as MOFs são porosas, então eles podem formar materiais compostos com outras moléculas pequenas.

Foi isso que uma equipe fez, adicionando moléculas do composto azobenzeno, que absorve a luz. O material compósito foi capaz de armazenar energia da luz ultravioleta por pelo menos quatro meses em temperatura ambiente antes de liberá-la novamente – um grande avanço em relação aos poucos dias ou semanas que a maioria dos materiais responsivos à luz consegue administrar.

“O material funciona de forma parecida com o materiais de mudança de fase, que são usados ​​para fornecer calor em aquecedores de mãos”, diz o químico de materiais John Griffin, da Universidade de Lancaster, no Reino Unido.

“No entanto, embora os aquecedores de mãos precisem ser aquecidos para recarregá-los, o bom desse material é que ele captura energia gratuita diretamente do Sol.”

O azobenzeno atua como um photoswitch – uma máquina molecular que responde a um estímulo externo, como luz ou calor. Sob a luz ultravioleta, as moléculas mudam de forma enquanto permanecem na estrutura dos poros da MOF, armazenando efetivamente a energia.

A aplicação de calor ao material de MOF compósito desencadeia uma rápida liberação de energia que emite calor, que pode então ser usada para aquecer outros materiais ou dispositivos.

Embora o material ainda precise de algum trabalho para se tornar comercialmente viável, ele poderia eventualmente ser usado para descongelar para-brisas de carros, ou fornecer aquecimento adicional para casas e escritórios, ou como uma fonte de aquecimento para locais com sistemas off-grid. Photoswitches como este também têm aplicações no armazenamento de dados e na distribuição de medicamentos.

“Também não possui peças móveis ou eletrônicas e, portanto, não há perdas envolvidas no armazenamento e na liberação da energia solar”, diz Griffin. “Esperamos que, com mais desenvolvimento, possamos fazer outros materiais que armazenem ainda mais energia.”

Embora pesquisas anteriores também tenham analisado o armazenamento de energia solar em photoswitches, normalmente eles precisam ser armazenados em líquidos. Mudar para uma estrutura metalorgânica compósita e sólida significa ter um sistema que é mais fácil de ser mantido e também tem maior estabilidade química.

No momento, é necessário mais trabalho para preparar este material de MOF para uso generalizado. Embora os testes tenham mostrado que ele pode reter energia por meses seguidos, a densidade de energia do material é relativamente baixa, que é uma área que os pesquisadores esperam melhorar.

A boa notícia é que muitas configurações usadas nesta pesquisa podem ser ajustadas para tentar melhorar os resultados – o que provavelmente levará a outra maneira econômica e confiável de armazenar energia da qual dependemos.

“Nossa abordagem significa que há uma série de maneiras de tentar otimizar esses materiais, seja alterando o próprio photoswitch ou a estrutura do hospedeiro poroso”, diz o técnico de raios-X Nathan Halcovitch, da Universidade de Lancaster.

A pesquisa foi publicada na Chemistry of Materials.