Descubren un material que puede almacenar energía solar durante meses o años

Ciencia tecnología e innovación El Mundo Al Instante 04 de diciembre de 2020

A medida que nos alejamos de los combustibles fósiles y pasamos a las energías renovables para hacer frente al cambio climático, la necesidad de disponer de nuevas formas de captar y almacenar energía se hace cada vez más importante.

Unos investigadores de la Universidad de Lancaster que estudian un material cristalino han descubierto que tiene propiedades que le permiten capturar la energía del sol. La energía puede ser almacenada durante varios meses a temperatura ambiente, y puede ser liberada bajo demanda en forma de calor.

Con un mayor desarrollo, este tipo de materiales podría ofrecer un interesante potencial como forma de capturar la energía solar durante los meses de verano, y almacenarla para su uso en invierno, donde hay menos energía solar disponible.

Esto resultaría muy valioso para aplicaciones tales como sistemas de calefacción en sistemas fuera de la red o en lugares remotos, o como complemento ecológico de la calefacción convencional en casas y oficinas. Potencialmente también podría producirse como una fina capa y aplicarse a la superficie de los edificios, o utilizarse en los parabrisas de los coches donde el calor almacenado podría usarse para descongelar el vidrio en las heladas mañanas de invierno.

El material se basa en un tipo de “marco metalorgánico” (MOF). Estos consisten en una red de iones metálicos unidos por moléculas basadas en el carbono para formar estructuras tridimensionales. Una propiedad clave de los MOF es que son porosos, lo que significa que pueden formar materiales compuestos al albergar otras pequeñas moléculas dentro de sus estructuras.

El equipo de investigación de Lancaster se propuso descubrir si un compuesto de MOF, previamente preparado por un equipo de investigación separado en la Universidad de Kyoto en Japón y conocido como “DMOF1”, puede ser utilizado para almacenar energía, algo que no se había investigado anteriormente.

Los poros del MOF estaban cargados con moléculas de azobenceno, un compuesto que absorbe fuertemente la luz. Estas moléculas actúan como fotoconmutadores, que son un tipo de “máquina molecular” que puede cambiar de forma cuando se aplica un estímulo externo, como la luz o el calor.

En las pruebas, los investigadores expusieron el material a la luz UV, lo que hace que las moléculas de azobenceno cambien de forma a una configuración especial dentro de los poros del MOF. Este proceso almacena la energía de forma similar a la energía potencial de un muelle apretado. Es importante que los estrechos poros del MOF atrapen las moléculas de azobenceno en su forma tensionada, lo que significa que la energía potencial podrá almacenarse durante largos períodos de tiempo a temperatura ambiente.

La energía se libera de nuevo cuando el calor externo se aplica como un disparador para “cambiar” su estado, y esta liberación puede ser muy rápida, un poco como un muelle que vuelve a su posición liberada. Esto proporciona un impulso de calor que podría ser utilizado para calentar otros materiales de los dispositivos.

Pruebas posteriores mostraron que el material era capaz de almacenar la energía durante al menos cuatro meses. Este es un aspecto emocionante del descubrimiento, ya que muchos materiales sensibles a la luz cambian en horas o días. La larga duración de la energía almacenada abre la posibilidad de un almacenamiento transestacional.

El concepto de almacenar la energía solar en fotointerruptores ha sido estudiado anteriormente, pero la mayoría de los ejemplos previos han requerido que los fotointerruptores estén en un líquido. Debido a que el compuesto MOF es un sólido, y no un combustible líquido, es químicamente estable y fácil de contener. Esto hace que sea mucho más fácil de convertirlo en revestimientos o dispositivos independientes.

El Dr. John Griffin, profesor titular de Química de Materiales en la Universidad de Lancaster e investigador principal del estudio, dijo: “El material funciona un poco como los materiales de cambio de fase, que se utilizan para suministrar calor en calentadores de manos. Sin embargo, mientras que los calentadores de manos necesitan ser calentados para poder recargarlos, lo bueno de este material es que captura energía “libre” directamente del sol. Tampoco tiene partes móviles o electrónicas, por lo que no hay pérdidas en el almacenamiento y la liberación de la energía solar. Esperamos que con un mayor desarrollo seamos capaces de hacer otros materiales que almacenen aún más energía”.

Aunque los resultados fueron prometedores en cuanto a la capacidad de este material para almacenar energía durante largos períodos de tiempo, su densidad de energía fue modesta. Los próximos pasos son investigar otras estructuras MOF así como tipos alternativos de materiales cristalinos con mayor potencial de almacenamiento de energía.

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