Дерево вместо аккумулятора: новый материал запасает солнечный свет

Исследователи разработали на основе древесины бальсы гибридный материал, способный аккумулировать солнечную энергию и преобразовывать ее в электричество даже после захода солнца. Технология позволяет создавать экологичные накопители с эффективностью преобразования света в тепло выше 91%.

Основой для разработки послужила бальсовая древесина — легкая порода с естественной системой микроканалов. Чтобы превратить дерево в накопитель, ученые сначала удалили из него лигнин, сделав структуру максимально пористой.

Технология «черного фосфорена»

Внутренние каналы очищенного дерева покрыли ультратонкими слоями черного фосфорена. Это вещество эффективно поглощает свет в широком диапазоне, но крайне чувствительно к внешней среде. Для защиты от окисления его заключили в специальную оболочку из таниновой кислоты и ионов железа, а для усиления поглощающих свойств добавили наночастицы серебра.

Финальным этапом стала пропитка структуры стеариновой кислотой. Она выполняет роль фазоизменяемого материала: плавится при нагреве, запасая тепло, и отдает энергию при охлаждении. В сочетании с термоэлектрическим генератором такая система способна выдавать напряжение до 0,65 В.

Эффективность и устойчивость

По данным разработчиков, материал сохраняет свои эксплуатационные характеристики даже после длительного использования. Тесты подтвердили следующие показатели:

• коэффициент преобразования солнечной энергии в тепло достигает 91,27%;
• емкость хранения тепловой энергии составляет около 175 кДж/кг;
• стабильность системы подтверждена после 100 циклов нагрева и охлаждения.

Помимо энергетической эффективности, модифицированная древесина приобрела водоотталкивающие свойства, огнестойкость и защиту от бактерий. Авторы работы полагают, что в будущем подобные решения найдут применение не только в «зеленой» энергетике, но и при создании автономных систем электроснабжения и новых строительных материалов.