Tekutina inspirovaná buňkami uchová energii celé měsíce a nepotřebuje kovy ani plasty

Vědci z Northwestern University vyvinuli nový tekutý materiál, který dokáže v jediném systému získávat, ukládat a uvolňovat energii.

Vědci z Northwestern University vyvinuli nový tekutý materiál, který dokáže v jediném systému získávat, ukládat a uvolňovat energii. Tato udržitelná a adaptabilní platforma, která neobsahuje kovy ani plasty, eliminuje potřebu hardwarových komponent a otevírá nové možnosti pro čistou energii a měkkou elektroniku.

Materiál, inspirovaný dynamickou buněčnou kostrou, fyzicky mění svůj tvar z tekutiny na energeticky hustý gel pro ukládání energie. Následně se pouhým vystavením vzduchu vrátí do tekutého stavu, což umožňuje jeho opakované nabíjení a opětovné použití. Podle Samuela I. Stuppa, hlavního autora studie, by schopnost materiálu ukládat a uvolňovat energii na vyžádání mohla být užitečná pro skladování energie, sanaci životního prostředí a novou generaci měkké elektroniky.

Po dodání energie z externích zdrojů, jako je světlo nebo rentgenové paprsky, se počáteční žlutá tekutina přemění na energeticky bohatý černý gel, který dokáže uchovávat energii po celé měsíce a pohánět chemické reakce. Vědci překonali omezení, kdy získávání, ukládání a využívání energie vyžaduje samostatná zařízení, použitím supramolekulárních materiálů, které se samy organizují do větších sítí.

Klíčem je speciálně navržená molekula ANI-MV, která integruje dvě funkční složky: aromatickou jednotku aminonaftalenu (ANI) reagující na světlo a jednotku methylviologenu (MV) pro ukládání zachycených elektronů. Když ANI absorbuje energii, přenese elektrony na MV, což způsobí silnou přitažlivost sousedních molekul a tvorbu pimerů. Tyto pimery se organizují do polovodičových nanostrukturních pásů s volně se pohybujícími elektrony, které se nakonec propletou do černého gelu. Tato síť ukládá elektrony v celé své struktuře a představuje první reálný příklad supramolekulárního polymerního pimeru postaveného z molekulárních párů ukládajících elektrony.

V laboratorních experimentech vědci prokázali pozoruhodnou všestrannost materiálu tím, že jeho transformaci ze žluté tekutiny na energeticky bohatý, vodivý černý gel spustili chemickým palivem, světlem, elektřinou nebo rentgenovými paprsky. Světlo může selektivně cílit na tekutinu, což vědcům umožnilo tisknout mikroskopické vodivé vzory, které zcela zmizí po vystavení vzduchu, kdy se gel vrátí do nevodivých tekutých shluků. Uložená energie může být navíc přenesena na kyslík, čímž se generují vysoce reaktivní molekuly, které umožňují gelu pohánět chemické reakce v úplné tmě, což je proces známý jako temná fotokatalýza. Většina světlem poháněných materiálů přestane fungovat, když zdroj světla zmizí, což tomuto objevu dodává na významu. Studie byla publikována v časopise Chem 11. června.