کشف جدید در حوزه فوتوسوئیچ های جمع کننده نور با قابلیت ذخیره انرژی خورشیدی برای ماه‌ها
پژوهشگران دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینز (JGU) و دانشگاه زایگن در آلمان یک رویکرد جدید را توسعه داده‌اند که امکان ذخیره کارآمد انرژی خورشیدی در مولکول‌های خاص یا فوتوسوئیچ‌ها را فراهم می‌کند. این انرژی می‌تواند بعداً به عنوان گرما در صورت نیاز آزاد شود که برای کاربردهای حرارتی مناسب تر است.
فوتوسوئیچ‌ها مولکول‌هایی هستند که انرژی خورشیدی را جذب کرده و در قالب پیوندهای شیمیایی ذخیره می‌کنند که اجازه می‌دهد گرما برای هفته‌ها و ماه‌ها حفظ شود. در حالی که فناوری برای جذب گرمای خورشیدی و ذخیره آن در آب یا مایعات دیگر توسعه یافته است، تنها مسئله زمان است که این مایعات گرما را از دست می‌دهند و به دمای اتاق بازمی‌گردند.
با تمایل جهانی به سمت استفاده از منابع انرژی پاک‌تر، شاهد افزایش نصب مزارع خورشیدی و بادی هستیم. اما این منابع فقط می‌توانند برق تامین کنند. بر اساس تخمین‌های آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، ۵۰ درصد از مصرف انرژی جهانی برای نیازهای حرارتی صرف می‌شود.
بنابراین جذب و ذخیره انرژی خورشید و استفاده از آن برای کاربردهای حرارتی منطقی است. اینجا است که فوتوسوئیچ‌ها بهترین کارآیی را دارند.
غلبه بر کمبودهای فوتوسوئیچ‌ها
پژوهشگران دانشگاه زایگن چند سال پیش فوتوسوئیچ‌ها را به عنوان جایگزین بهتری برای ذخیره انرژی خورشیدی در باتری‌های لیتیوم-یونی توسعه دادند. تیم با موفقیت پتانسیل ذخیره انرژی بیشتری را در این مولکول‌ها نشان داد.
با این حال، یک مشکل عمده در استفاده از آنها وجود داشت. این فوتوسوئیچ‌ها فقط در نور فرابنفش (UV) فعال می‌شدند. از آنجا که UV فقط بخش کوچکی از طیف نوری خورشید است، قابلیت‌های جذب انرژی محدود بود.
پژوهش‌های اخیر در این زمینه توسط پژوهشگران زایگن و JGU این کمبود را برطرف کرده است به طوریکه انرژی خورشیدی باتوجه به واکنش‌های فتوشیمیایی به طور غیرمستقیم نیز قابل برداشت است، همانند فتوسنتز . این کار با استفاده از ترکیبی به نام "حساس کننده" انجام شد که کارایی ذخیره انرژی خورشیدی را بیش از یک مرتبه افزایش داد.
"حساس کننده نور را جذب کرده و سپس انرژی را به فوتوسوئیچ منتقل می‌کند که در این شرایط نمی‌تواند به طور مستقیم تحریک شود، " دکتر کریستف کرزیگ، استاد شیمی غیرآلی در JGU، در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد.
چطور این کار را کردند؟
یک تیم پژوهشی به رهبری کرزیگ از طیف‌سنجی برای درک فعالیت‌های پیچیده فوتوسوئیچ‌ها و مکانیزم درگیر در هر مرحله استفاده کردند. تیل زاهرینگر، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه کرزیگ، نقشی حیاتی در این مطالعه ایفا کرد، سیستم را به دقت کاوید و به دستیابی به برداشت بیشتر با نور غیرمستقیم کمک کرد.
زاهرینگر در بیانیه مطبوعاتی افزود: "ما نه سال استفاده از محدودیت جمع‌آوری نور را به طرز قابل توجهی کاهش دادیم و هم کارایی تبدیل نور به انرژی شیمیایی ذخیره‌شده را ارتقاء دادیم,"
واکنش های فتوشیمیایی از نور خورشید برای انجام تغییرات شیمیایی مختلف استفاده می کنند، اما اغلب فوتون‌هایی دیده می‌شوند که انرژی آنها از طریق کانال های مختلف از دست می‌رود. در سیستم زاهرینگر و کرزیگ، هر فوتون مشاهده شده قادر به شروع فرآیند تشکیل یک پیوند شیمیایی بود، به این ترتیب خروجی تبدیل انرژی افزایش یافت که یک دستاورد نادر است.
برای تأیید این‌که روش قوی بود، تیم تحقیقاتی سیستم را از طریق چندین چرخه شارژ و تخلیه به کار گرفتند به طوریکه انرژی برداشت شده از نور خورشیدی چندین بار ذخیره و استفاده شد، شبیه به یک سناریوی واقعی.
یافته‌های پژوهشی در Angewandte Chemie منتشر شد.
