Український телекомунікаційний портал

<р>Сонячна енергія здається ідеальним джерелом живлення — чиста, доступна й практично невичерпна. Але в неї є один очевидний недолік: вона зникає разом із сонцем. Уночі або під час хмарної погоди навіть найефективніші панелі не здатні виробляти електроенергію. Саме тому вчені вже давно шукають способи накопичувати сонячну енергію, зокрема у вигляді тепла. Проте зробити це ефективно виявилося непросто.



<р>Традиційні рішення зазвичай складаються з кількох шарів матеріалів: один поглинає світло, інший накопичує тепло, ще один захищає систему. Але на межах між цими шарами частина енергії втрачається, що знижує загальну ефективність.

Дерево як енергетична система

<р>Дослідники запропонували зовсім інший підхід — замість складної багатошарової конструкції вони перетворили звичайне дерево на універсальний матеріал, який одночасно поглинає сонячне світло, зберігає тепло і навіть допомагає генерувати електроенергію після заходу сонця.



<р>За основу взяли бальсову деревину — не через її міцність, а через унікальну внутрішню структуру. Під мікроскопом вона нагадує систему паралельних мікроканалів, які можуть спрямовувати тепло та утримувати інші речовини.



<р>Спочатку з деревини видалили лігнін — компонент, що відповідає за її колір і жорсткість. Це зробило матеріал надзвичайно пористим, відкривши доступ до внутрішньої мережі каналів.

Нанотехнології всередині природного матеріалу

<р>Далі вчені не обпалювали дерево, як це часто роблять, а хімічно модифікували його зсередини. Стінки каналів покрили ультратонкими шарами фосфорену — матеріалу, який ефективно поглинає світло в широкому спектрі та перетворює його на тепло.



<р>Однак фосфорен має слабке місце — він швидко руйнується на повітрі. Щоб це виправити, дослідники створили захисний шар із танінової кислоти та іонів заліза. Така оболонка не лише захищає матеріал від окислення, а й підсилює поглинання світла.



<р>Додатково до структури додали наночастинки срібла, які покращують взаємодію зі світлом, а також спеціальні гідрофобні ланцюги, що роблять матеріал водовідштовхувальним. У результаті вода буквально скочується з його поверхні.

Як працює система накопичення

<р>Усередині каналів розмістили стеаринову кислоту — біоматеріал, який змінює свій стан залежно від температури. Під час нагрівання він плавиться і накопичує енергію, а під час охолодження — віддає її назад.



<р>Коли сонячне світло потрапляє на матеріал, він нагрівається, і стеаринова кислота починає зберігати тепло. Після зникнення світла накопичена енергія поступово вивільняється, підтримуючи різницю температур. Саме ця різниця дозволяє генерувати електроенергію за допомогою термоелектричного елемента.

Вражаючі результати

<р>Під час тестування система продемонструвала високу ефективність:

до 91% сонячної енергії перетворюється на тепло



приблизно 175 кДж енергії накопичується на кілограм матеріалу



напруга може досягати 0,65 В навіть після зникнення світла

<р>Крім того, матеріал показав високу довговічність: після сотні циклів нагрівання й охолодження його характеристики майже не змінилися. Він також виявився стійким до вогню та перешкоджає розвитку бактерій.

Перспективи технології

<р>Головна перевага цієї розробки — простота і універсальність. Дерево тут виступає не просто основою, а повноцінною функціональною системою, яка одночасно виконує кілька завдань. Такий підхід може знайти застосування не лише в сонячній енергетиці. Подібні матеріали можуть використовуватися для охолодження електроніки, створення енергоефективних будівель або автономних систем живлення в віддалених районах.



<р>Втім, поки що це лише лабораторна розробка. Наступний крок — перевірити, чи можна масштабувати технологію та зробити її економічно вигідною. Дослідження опубліковане в журналі <а hrеf="httрs://аdvаnсеd.оnlіnеlіbrаry.wіlеy.соm/dоі/10.1002/аеnm.70872" tаrgеt="_blаnk" rеl="nоrеfеrrеr nоореnеr">Аdvаnсеd Еnеrgy Маtеrіаls і демонструє: навіть звичайне дерево може стати основою для технологій майбутнього, якщо подивитися на нього під правильним кутом.