p Uma nova aplicação de nanotubos de carbono, desenvolvido por pesquisadores do MIT, mostra-se promissor como uma abordagem inovadora para o armazenamento de energia solar para uso sempre que necessário. p Armazenar o calor do sol na forma química - ao invés de convertê-lo em eletricidade ou armazenar o próprio calor em um recipiente altamente isolado - tem vantagens significativas, já que, em princípio, o material químico pode ser armazenado por longos períodos de tempo sem perder nenhuma de sua energia armazenada. O problema com essa abordagem é que, até agora, os produtos químicos necessários para realizar essa conversão e armazenamento degradam-se em alguns ciclos, ou incluiu o elemento rutênio, o que é raro e caro.

p Ano passado, O professor associado do MIT, Jeffrey Grossman, e quatro co-autores descobriram exatamente como fulvalene dirutênio - conhecido pelos cientistas como o melhor produto químico para o armazenamento reversível de energia solar, uma vez que não se degradou - foi capaz de realizar esta façanha. Grossman disse na época que uma melhor compreensão desse processo poderia tornar mais fácil a busca por outros compostos, feito de materiais abundantes e baratos, que pode ser usado da mesma maneira.

p Agora, ele e a pós-doc Alexie Kolpak tiveram sucesso em fazer exatamente isso. Um artigo descrevendo suas novas descobertas acaba de ser publicado online na revista Nano Letras , e aparecerá na versão impressa em uma próxima edição.

p O novo material encontrado por Grossman e Kolpak é feito com nanotubos de carbono, minúsculas estruturas tubulares de carbono puro, em combinação com um composto denominado azobenzeno. As moléculas resultantes, produzidos usando modelos em nanoescala para moldar e restringir sua estrutura física, ganhe “novas propriedades que não estão disponíveis” nos materiais separados, diz Grossman, o Professor Associado Carl Richard Soderberg de Engenharia de Energia.

p Não só este novo sistema químico é mais barato do que o composto anterior que contém rutênio, mas também é muito mais eficiente no armazenamento de energia em uma determinada quantidade de espaço - cerca de 10, 000 vezes maior em densidade de energia volumétrica, Kolpak diz - tornando sua densidade de energia comparável às baterias de íon de lítio. Usando métodos de nanofabricação, “Você pode controlar as interações [das moléculas], aumentando a quantidade de energia que eles podem armazenar e o período de tempo pelo qual podem armazená-la - e o mais importante, você pode controlar ambos independentemente, ”Ela diz.

p O armazenamento termoquímico de energia solar usa uma molécula cuja estrutura muda quando exposta à luz solar, e pode permanecer estável nessa forma indefinidamente. Então, quando cutucado por um estímulo - um catalisador, uma pequena mudança de temperatura, um flash de luz - pode rapidamente voltar à sua outra forma, liberando sua energia armazenada em uma explosão de calor. Grossman o descreve como a criação de uma bateria de calor recarregável com longa vida útil, como uma bateria convencional.

p Uma das grandes vantagens da nova abordagem de aproveitamento de energia solar, Grossman diz:é que ele simplifica o processo combinando a coleta e o armazenamento de energia em uma única etapa. “Você tem um material que converte e armazena energia, ”Diz ele. “É robusto, não se degrada, e é barato. ”Uma limitação, Contudo, é que embora este processo seja útil para aplicações de aquecimento, para produzir eletricidade exigiria outra etapa de conversão, usando dispositivos termoelétricos ou produzindo vapor para fazer funcionar um gerador.

p Embora o novo trabalho mostre a capacidade de armazenamento de energia de um tipo específico de molécula - nanotubos de carbono funcionalizados com azobenzeno - Grossman diz que a forma como o material foi projetado envolve "um conceito geral que pode ser aplicado a muitos novos materiais." já foi sintetizado por outros pesquisadores para diferentes aplicações, e simplesmente precisariam ter suas propriedades ajustadas para armazenamento térmico solar.

p A chave para controlar o armazenamento térmico solar é uma barreira de energia que separa os dois estados estáveis ​​que a molécula pode adotar; a compreensão detalhada dessa barreira foi fundamental para as pesquisas anteriores de Grossman sobre fulvalene dirunthenium, responsável por sua estabilidade de longo prazo. Uma barreira muito baixa, e a molécula retornaria facilmente ao seu estado "descarregado", deixar de armazenar energia por longos períodos; se a barreira fosse muito alta, não seria capaz de liberar facilmente sua energia quando necessário. “A barreira tem que ser otimizada, ”Grossman diz.

p Já, a equipe está “procurando ativamente uma variedade de novos materiais, ”Diz ele. Embora eles já tenham identificado o material muito promissor descrito neste artigo, ele diz, “Eu vejo isso como a ponta do iceberg. Estamos muito animados com isso. "

p Yosuke Kanai, professor assistente de química da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, afirma que “a ideia de armazenar energia solar reversivelmente em ligações químicas está ganhando muita atenção nos dias de hoje. A novidade deste trabalho é como esses autores mostraram que a densidade de energia pode ser significativamente aumentada usando nanotubos de carbono como modelos em nanoescala. Esta ideia inovadora também abre um caminho interessante para adaptar moléculas fotoativas já conhecidas para combustíveis solares térmicos e armazenamento em geral. ”

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Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.