Un lichid galben aparent banal se transformă într-un gel negru atunci când absoarbe energie și o poate păstra timp de luni întregi. Materialul neobișnuit, creat de chimiștii de la Universitatea Northwestern, ar putea deschide drumul către o nouă generație de sisteme de stocare a energiei, fără arhitectura complexă a bateriilor clasice.
Transformarea este vizibilă cu ochiul liber. Pe măsură ce primește energie, lichidul își schimbă structura și devine un gel întunecat, în interiorul căruia electronii rămân practic captivi.
Dacă materialul este izolat de aer, energia poate fi păstrată luni întregi. Este suficient însă ca gelul să intre în contact cu oxigenul pentru ca electronii stocați să fie eliberați și folosiți în reacții chimice.
Un singur gram de material ar putea stoca suficientă energie pentru a alimenta un ceas inteligent timp de câteva luni, potrivit cercetătorilor.
Materialul își schimbă singur forma atunci când absoarbe energie
Cercetarea a fost coordonată de chimistul Samuel Stupp, iar rezultatele au fost publicate în revista științifică „Chem”, titrează Mdiafax. Tyler Jaynes și Luka Dordevic sunt coautorii principali ai studiului.
În stare de repaus, moleculele materialului formează grupuri minuscule și independente.
Totul se schimbă în momentul în care sistemul primește energie. Lumina, electricitatea, razele X sau anumiți combustibili chimici pot activa moleculele și pot declanșa transferul electronilor.
Moleculele încărcate încep apoi să se lege între ele și formează structuri ordonate. Acestea cresc în fire lungi, asemănătoare unor panglici extrem de subțiri.
În cele din urmă, amestecul se transformă într-un gel moale și negru.
Tocmai această schimbare de structură permite „blocarea” electronilor și păstrarea energiei pentru perioade lungi.
Energia poate rămâne stocată luni întregi
Cercetătorii s-au inspirat din modul în care funcționează citoscheletul celulelor vii, o rețea de proteine capabilă să se formeze și să se desfacă permanent.
În noul material, combustibilul biologic a fost înlocuit cu electroni.
Odată format gelul, electronii rămân stocați atât timp cât materialul este protejat de aer.
Spre deosebire de o baterie clasică, sistemul nu are nevoie de electrozi permanenți sau de o structură electronică fixă pentru a gestiona energia.
Materialul poate capta, păstra și elibera energia prin propria reorganizare moleculară.
Mecanismul de eliberare este la fel de neobișnuit.
Atunci când recipientul este deschis și oxigenul ajunge la gel, electronii stocați sunt eliberați.
Contactul cu oxigenul generează specii reactive de oxigen, compuși care pot declanșa reacții chimice.
Aceștia ar putea fi folosiți, de exemplu, pentru degradarea unor contaminanți sau pentru procese de sterilizare.
După eliberarea energiei, gelul începe treptat să revină la forma sa lichidă inițială.
Practic, materialul își schimbă starea în funcție de ciclul de captare și eliberare a energiei.
Poate folosi în întuneric energia captată anterior
Una dintre cele mai interesante caracteristici ale materialului este capacitatea de a separa momentul captării energiei de cel al utilizării acesteia.
Energia poate fi absorbită în timpul zilei, inclusiv cu ajutorul luminii, și folosită ulterior pentru declanșarea unor reacții chimice în întuneric complet.
Procesul este descris de cercetători drept o formă de fotocataliză în întuneric.
Panourile solare clasice transformă lumina în energie atunci când aceasta este disponibilă. Noul material poate însă păstra energia absorbită și o poate pune la dispoziție mai târziu.
Cercetătorii au reușit inclusiv să creeze, cu ajutorul luminii, modele conductoare temporare în interiorul gelului.
Aceste trasee rămân active atât timp cât materialul își păstrează forma de gel.
De la roboți flexibili la curățarea mediului
Posibilele utilizări ale tehnologiei sunt numeroase.
Materialul ar putea fi folosit în sisteme de curățare a mediului, unde energia stocată ar declanșa procese de oxidare numai atunci când este nevoie.
O altă posibilă aplicație este sterilizarea cu ajutorul energiei chimice.
Cercetătorii iau în calcul și folosirea materialului pentru componente robotice flexibile sau dispozitive electronice programabile care au nevoie de cantități mici de energie la anumite intervale.
Tehnologia ar putea reduce inclusiv utilizarea metalelor și materialelor plastice întâlnite în sistemele electronice actuale.
Deocamdată, proiectul se află într-un stadiu incipient de cercetare. Descoperirea arată însă că energia ar putea fi stocată într-un mod complet diferit: nu într-o structură rigidă, precum o baterie, ci într-un material care își schimbă forma, păstrează electronii și îi eliberează atunci când intră în contact cu aerul.
Sursă: stiripesurse.ro
