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「充電式太陽電池」はリチウムイオン電池を上回る性能

生物由来の新しい分子が太陽エネルギーを捕捉し、オンデマンドで熱として放出し、リチウムイオン電池を上回る性能を発揮すると研究者らは報告している。 太陽が沈むと、ソーラーパネルは動作しなくなります。これは再生可能エネルギーの基本的なハードルです。雨の日や寒い夜に備えて太陽の電力をどのように蓄えるかということです。 「再利用可能、リサイクル可能がコンセプトです。」 カリフォルニア大学サンタバーバラ校の化学者たちは、かさばる電池や送電網を必要としないソリューションを開発しました。 雑誌の論文で 科学グレース・ハン准教授と彼女のチームは、太陽光を捉えて化学結合内に蓄え、必要に応じて熱として放出する新素材について詳しく解説しています。 この材料はピリミドンと呼ばれる修飾有機分子であり、分子太陽熱 (MOST) エネルギー貯蔵における最新の進歩です。 「このコンセプトは再利用可能でリサイクル可能です」と、Han Group の博士課程の学生で論文の筆頭著者である Han Nguyen 氏は言います。 「フォトクロミックサングラスを思い浮かべてください。屋内にいるときは、ただの透明なレンズです。太陽の下に出れば、自然に暗くなります。屋内に戻ると、レンズは再び透明になります。」とグエン氏は続けます。 「私たちが興味を持っているのは、そのような可逆的な変化です。色を変えるのではなく、同じアイデアを使ってエネルギーを蓄え、必要なときに放出し、材料を何度も再利用したいのです。」 この分子を作成するために、研究チームは驚くべき情報源である DNA に注目しました。ピリミドンの構造は、UV 光にさらされると可逆的な構造変化を受ける可能性がある DNA に含まれる成分に似ています。 この構造の合成バージョンを設計することにより、チームはエネルギーを可逆的に貯蔵および放出する分子を作成した。彼らは、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の著名な研究教授であるケン・ホークと共同で、計算モデリングを使用して、なぜ分子がエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを失わずに何年も安定し続けることができるのかを解明しました。 「私たちは軽量でコンパクトな分子設計を優先しました」とグエン氏は言います。 「このプロジェクトでは、必要のないものはすべてカットしました。分子をできるだけコンパクトにするために、不要なものはすべて取り除きました。」 従来のソーラーパネルは光を電気に変換しますが、ほとんどのシステムは光を化学エネルギーに変換します。この分子は機械的なバネのように機能します。太陽光が当たると、ひずんだ高エネルギーの形状にねじれます。少量の熱や触媒などのトリガーによって弛緩した状態に戻り、蓄えられたエネルギーが熱として放出されるまで、その形状にロックされたままになります。 「私たちは通常、これを充電可能な太陽電池と表現します」とグエン氏は言います。 「太陽光を蓄えて充電できるんです。」 「水を沸騰させるのはエネルギーを大量に消費するプロセスです」とグエン氏は言います。 「周囲条件下で水を沸騰させることができるという事実は、大きな成果です。」 この機能により、キャンプ用のオフグリッド暖房から家庭用給湯まで、実用的な用途への扉が開かれます。この材料は水溶性であるため、屋根に取り付けられた太陽熱集熱器を通してポンプで汲み上げて日中充電し、夜間に熱を提供するためにタンクに保管できる可能性があります。 「ソーラーパネルの場合、エネルギーを蓄えるために追加のバッテリーシステムが必要です」と、共著者でハン研究室の博士課程学生であるベンジャミン・ベイカー氏は言う。 「分子太陽熱エネルギー貯蔵により、材料自体が太陽光からのエネルギーを貯蔵することができます。」 この研究は、ハン氏がこれらの「充電式太陽電池」の開発を追求するために 2025 年に受賞したムーア発明者フェローシップによって支援されました。 #充電式太陽電池はリチウムイオン電池を上回る性能