Studi menunjukkan bahan yang menjanjikan dapat menyimpan energi matahari selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun
Energy

Studi menunjukkan bahan yang menjanjikan dapat menyimpan energi matahari selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun


Kredit: Pixabay / CC0 Domain Publik

Saat kita beralih dari bahan bakar fosil dan beralih ke energi terbarukan untuk mengatasi perubahan iklim, kebutuhan akan cara baru untuk menangkap dan menyimpan energi menjadi semakin penting.

Peneliti Universitas Lancaster yang mempelajari bahan kristal telah menemukan bahwa ia memiliki sifat yang memungkinkannya menangkap energi dari matahari. Energi dapat disimpan selama beberapa bulan pada suhu kamar, dan dapat dilepaskan sesuai permintaan dalam bentuk panas.

Dengan pengembangan lebih lanjut, jenis bahan ini dapat menawarkan potensi yang menarik sebagai cara menangkap energi matahari selama bulan-bulan musim panas, dan menyimpannya untuk digunakan di musim dingin — di mana lebih sedikit energi matahari tersedia.

Ini akan terbukti sangat berharga untuk aplikasi seperti sistem pemanas di sistem off-grid atau lokasi terpencil, atau sebagai suplemen ramah lingkungan untuk pemanas konvensional di rumah dan kantor. Ini berpotensi juga diproduksi sebagai lapisan tipis dan diterapkan pada permukaan bangunan, atau digunakan pada kaca depan mobil di mana panas yang tersimpan dapat digunakan untuk menghilangkan es kaca di pagi hari musim dingin yang membekukan.

Bahannya didasarkan pada jenis ‘kerangka logam-organik’ (MOF). Ini terdiri dari jaringan ion logam yang dihubungkan oleh molekul berbasis karbon untuk membentuk struktur 3-D. Properti utama MOF adalah bahwa mereka berpori, artinya mereka dapat membentuk material komposit dengan menampung molekul kecil lainnya di dalam strukturnya.

Tim peneliti Lancaster berangkat untuk menemukan apakah komposit MOF, yang sebelumnya disiapkan oleh tim peneliti terpisah di Universitas Kyoto di Jepang dan dikenal sebagai ‘DMOF1’, dapat digunakan untuk menyimpan energi — sesuatu yang tidak diteliti sebelumnya.

Pori-pori MOF dipenuhi dengan molekul azobenzene — senyawa yang sangat menyerap cahaya. Molekul-molekul ini bertindak sebagai sakelar foto, yang merupakan jenis ‘mesin molekuler’ yang dapat berubah bentuk ketika stimulus eksternal, seperti cahaya atau panas, diterapkan.

Dalam tes, para peneliti memaparkan bahan tersebut ke sinar UV, yang menyebabkan molekul azobenzene berubah bentuk menjadi konfigurasi tegang di dalam pori-pori MOF. Proses ini menyimpan energi dengan cara yang mirip dengan energi potensial pegas bengkok. Yang penting, pori-pori MOF yang sempit menjebak molekul azobenzene dalam bentuk tegangnya, yang berarti bahwa energi potensial dapat disimpan untuk jangka waktu yang lama pada suhu kamar.

Energi dilepaskan lagi ketika panas eksternal diterapkan sebagai pemicu untuk ‘mengalihkan’ keadaannya, dan pelepasan ini bisa sangat cepat — seperti pegas yang kembali lurus. Ini memberikan dorongan panas yang dapat digunakan untuk menghangatkan bahan perangkat lain.

Tes lebih lanjut menunjukkan bahan tersebut mampu menyimpan energi setidaknya selama empat bulan. Ini adalah aspek menarik dari penemuan ini karena banyak material yang responsif terhadap cahaya beralih kembali dalam beberapa jam atau beberapa hari. Durasi yang lama dari energi yang tersimpan membuka kemungkinan penyimpanan lintas musim.

Konsep menyimpan energi matahari di sakelar foto telah dipelajari sebelumnya, tetapi sebagian besar contoh sebelumnya mengharuskan sakelar foto berada dalam cairan. Karena komposit MOF adalah bahan bakar padat, dan bukan bahan bakar cair, maka komposit ini stabil secara kimiawi dan mudah terkandung. Ini membuatnya lebih mudah untuk dikembangkan menjadi pelapis atau perangkat mandiri.

Dr. John Griffin, Dosen Senior Kimia Material di Universitas Lancaster dan Penyelidik Utama bersama dari studi tersebut, mengatakan: “Material berfungsi seperti material pengubah fase, yang digunakan untuk memasok panas dalam penghangat tangan. Namun, sementara penghangat tangan membutuhkan dipanaskan untuk mengisi ulang, hal yang menyenangkan tentang bahan ini adalah bahan ini menangkap energi “bebas” langsung dari matahari. Ia juga tidak memiliki komponen bergerak atau elektronik sehingga tidak ada kerugian yang terlibat dalam penyimpanan dan pelepasan energi surya. Kami berharap dengan pengembangan lebih lanjut kami dapat membuat bahan lain yang dapat menyimpan lebih banyak energi. “

Temuan bukti-konsep ini membuka jalan baru penelitian untuk melihat bahan berpori lain apa yang mungkin memiliki sifat penyimpanan energi yang baik menggunakan konsep photoswitch terbatas.

Penyelidik gabungan Dr. Nathan Halcovitch menambahkan: “Pendekatan kami berarti ada sejumlah cara untuk mencoba mengoptimalkan materi ini baik dengan mengubah sakelar foto itu sendiri, atau kerangka host berpori.”

Aplikasi potensial lainnya untuk bahan kristal yang mengandung molekul sakelar foto termasuk penyimpanan data — pengaturan sakelar foto yang terdefinisi dengan baik dalam struktur kristal berarti bahwa pada prinsipnya mereka dapat dialihkan satu per satu menggunakan sumber cahaya yang tepat dan oleh karena itu menyimpan data seperti pada CD atau DVD, tetapi pada tingkat molekuler. Mereka juga memiliki potensi untuk mengantarkan obat — obat dapat dikunci di dalam bahan menggunakan sakelar foto dan kemudian dilepaskan sesuai permintaan di dalam tubuh menggunakan pemicu cahaya atau panas.

Meskipun hasilnya menjanjikan untuk kemampuan material ini menyimpan energi dalam jangka waktu yang lama, kepadatan energinya sederhana. Langkah selanjutnya adalah meneliti struktur MOF lainnya serta jenis bahan kristal alternatif dengan potensi penyimpanan energi yang lebih besar.


Semen, garam dan air: Bahan penyimpanan baru untuk pemanas hijau


Informasi lebih lanjut:
Kieran Griffiths dkk, Penyimpanan Energi Matahari Jangka Panjang dalam Kondisi Ambien dalam Material Perubahan Fase Padat Berbasis MOF, Kimia Bahan (2020). DOI: 10.1021 / acs.chemmater.0c02708

Disediakan oleh Lancaster University

Kutipan: Studi menunjukkan material yang menjanjikan dapat menyimpan energi matahari selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun (2020, 2 Desember), diakses 2 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-material-solar-energy-months-years.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK