W pełni organiczna bateria słoneczna przechowuje światło słoneczne przez 48 godzin, wykorzystując jedynie wodę i cząsteczki organiczne

Naukowcy z Niemiec stworzyli całkowicie organiczną "baterię słoneczną", która przechwytuje światło słoneczne, magazynuje energię przez ponad dwa dni i uwalnia ją jako energię elektryczną. Wykorzystuje ona porowatą, dwuwymiarową kowalencyjną strukturę organiczną (COF) z naftalenodiimidu, która łączy funkcje fotowoltaiczne i elektrochemiczne w jednym lekkim materiale. Ta pozbawiona metalu konstrukcja oferuje bardziej zrównoważoną opcję zasilania poza siecią.

COF działa zarówno jako pochłaniacz światła, jak i zbiornik ładunku. Po oświetleniu generuje pary elektron-dziura i zatrzymuje powstałe ładunki w swoich uporządkowanych porach. W warunkach wodnych ładunki te pozostają stabilne przez co najmniej 48 godzin - co jest bezprecedensowym czasem retencji dla tej klasy materiałów - i mogą być rozładowywane na żądanie w celu uruchomienia zewnętrznego obciążenia. Zespół zmierzył specyficzną pojemność 38 miliamperogodzin na gram, przewyższając porównywalne azotki węgla, półprzewodniki polimerowe i struktury metaloorganiczne.

Cząsteczki wody pomagają zachować zmagazynowaną energię. Zamiast wygaszać ładunki, woda przegrupowuje się wokół struktury COF i tworzy barierę energetyczną, która zapobiega rekombinacji. Badania potwierdzają, że ta interakcja stabilizuje uwięzione elektrony bez potrzeby stosowania jonów lub centrów metalicznych.

Symulacje prowadzone przez spektroskopistów z Uniwersytetu Technicznego w Monachium zbadały kilka scenariuszy stabilizacji ładunku i pokazały, w jaki sposób projekt molekularny, architektura szkieletu i otaczające medium współpracują ze sobą, aby zablokować ładunki w miejscu. Prostota mechanizmu - organiczne bloki budulcowe plus woda - pomaga wyjaśnić odporność materiału na cykliczne zmiany.

Testy praktyczne potwierdziły tę wytrzymałość: urządzenie zachowało ponad 90 procent swojej pojemności po wielokrotnych cyklach ładowania i rozładowania. Taka wydajność sprawia, że platforma COF jest obiecującym kandydatem do zintegrowanego magazynowania energii słonecznej, szczególnie tam, gdzie waga, trwałość i niedobór materiałów mają kluczowe znaczenie. Dalsze prace będą koncentrować się na skalowaniu syntezy szkieletu, poprawie gęstości ładowania i integracji materiału z kompletnymi systemami fotowoltaicznymi.