Forskare vid University of California, Santa Barbara har utvecklat en ny typ av energilagring där solljus fångas upp direkt i molekyler och senare kan frigöras som värme. Tekniken beskrivs som ett slags uppladdningsbart solbatteri och skulle på sikt kunna minska behovet av traditionella batterisystem för lagring av solenergi.
Bakgrunden är ett av solkraftens största problem: produktionen upphör när solen går ner. För att kunna använda energin på natten eller under molniga perioder krävs därför lagring, oftast i form av stora batterisystem eller anslutning till elnätet.
Forskargruppen vid UC Santa Barbara har i stället utvecklat ett kemiskt system som lagrar energin direkt i molekylära bindningar. Materialet bygger på en modifierad organisk molekyl kallad pyrimidon och tillhör forskningsområdet Molecular Solar Thermal Energy Storage (MOST).
– Konceptet är återanvändbart och återvinningsbart, säger doktoranden Han Nguyen, huvudförfattare till studien.
Inspirerades av DNA och solglasögon
Forskarna hämtade inspiration från både DNA-strukturer och fotokromatiska solglasögon. Precis som glas som mörknar i solljus kan molekylen förändra sin struktur när den utsätts för ultraviolett ljus.
Skillnaden är att den kemiska förändringen används för att lagra energi.
När molekylen absorberar solljus övergår den till ett energirikare tillstånd, ungefär som en spänd fjäder. Energin kan sedan hållas kvar under lång tid tills materialet aktiveras av exempelvis värme eller en katalysator. Då återgår molekylen till sin ursprungliga form och frigör den lagrade energin som värme.
Forskarna beskriver systemet som ett uppladdningsbart solbatteri, men utan traditionell elektricitet eller elektrokemiska battericeller.
Högre energidensitet än litiumjonbatterier
Enligt forskarna kan materialet lagra mer än 1,6 megajoule energi per kilogram. Det är högre än många konventionella litiumjonbatterier, som normalt ligger kring 0,9 MJ/kg.
Forskargruppen fokuserade på att göra molekylen så liten och kompakt som möjligt för att maximera energitätheten.
Datormodellering användes också för att undersöka varför materialet kan lagra energi under lång tid utan större förluster. Forskarna menar att energin potentiellt skulle kunna lagras i flera år.
Kunde koka vatten med lagrad solenergi
Ett viktigt steg i projektet blev att visa att den lagrade energin faktiskt kan användas praktiskt. I experiment lyckades forskarna frigöra tillräckligt mycket värme för att koka vatten under normala omgivningsförhållanden.
– Att koka vatten kräver mycket energi. Att vi lyckades göra det under normala förhållanden är ett stort framsteg, säger Han Nguyen.
Forskarna ser flera möjliga användningsområden för tekniken. Systemet skulle exempelvis kunna användas för varmvattenproduktion, uppvärmning utanför elnätet eller solvärmesystem där vätskan cirkulerar genom solfångare på dagen och avger värme på natten.
Till skillnad från traditionella solpaneler lagras energin direkt i själva materialet och inte i separata batterier.
Tekniken befinner sig fortfarande på forskningsstadiet, men resultaten visar att kemisk lagring av solenergi kan bli ett alternativ till dagens batterilösningar för vissa typer av energianvändning.
Källa: University of California, Santa Barbara / Science
Fakta:
MOST står för Molecular Solar Thermal Energy Storage och är ett forskningsområde där solljus lagras som kemisk energi i molekyler. Tekniken skiljer sig från vanliga solceller eftersom energin inte omvandlas till elektricitet direkt utan lagras som värme som kan frigöras senare.
