Převratná baterie se nabíjí sluncem a uvolňuje zelený vodík s 72% účinností: Mění barvu podle nabití!

Nově vyvinutá baterie na bázi kopolymerů, za kterou stojí výzkumníci z univerzit v Ulmu a Jeně v Německu, dokáže ukládat energii ze slunečního světla po celé dny a v případě potřeby ji uvolňovat ve formě zeleného vodíku. Tato baterie je dobíjecí a proces nabíjení i vybíjení lze aktivovat jednoduchým přepnutím pH, jak uvádí tisková zpráva.

Vzhledem k celosvětovému úsilí o odklon od fosilních paliv se země stále více zaměřují na rozsáhlé solární a větrné elektrárny. Nicméně pro aplikace vyžadující vyšší hustotu energie představuje vodík životaschopnější alternativu. Lze jej spalovat podobně jako fosilní palivo, ale jako vedlejší produkt produkuje pouze vodu, což nabízí bezuhlíkové řešení pro energeticky náročné aplikace.

Samotná výroba vodíku však může být procesem s emisemi uhlíku. Velkokapacitní vodíkové elektrárny využívají k výrobě vodíku reformování metanu, protože je to nákladově efektivní. Aby byl vodík ideální náhradou fosilních paliv, musí být vyráběn s využitím solární nebo větrné energie, což je známé jako zelený vodík.

Zelený vodík lze vyrábět pomocí slunečního světla prostřednictvím fotokatalytického procesu. Jakmile je plyn vyroben, je třeba jej odděleně skladovat v nádržích a zpracovat, když je potřeba. Výzkumný tým vedený Ulrichem Schubertem z Jeny a Svenem Rauem z Ulmu se však rozhodl použít místo toho kopolymerní molekuly.

Kopolymery jsou makromolekuly, které se skládají z různých organických stavebních bloků. Mají stabilní rámec a mohou být vybaveny specifickými funkčními jednotkami. Pro tuto solární baterii vědci použili ve vodě rozpustný kopolymer se zesílenou redoxní aktivitou jako hlavní funkční jednotku.

Při vystavení slunečnímu světlu systém dosahuje 80% účinnosti nabíjení. Jakmile je nabitý, může si systém udržet nabitý stav po několik dní. Pro získání energie vědci přidali kyselinu a katalyzátor pro vývoj vodíku, aby se elektrony uložené v systému spojily s protony, čímž se uvolnil vodík. Zde je účinnost systému opět vysoká a dosahuje 72 procent.

Systém na bázi kopolymerů využívá redoxní reakce, které jsou zcela reverzibilní. Když je tedy baterie vybitá, může být ponechána na slunci k opětovnému nabití, což umožňuje vícenásobné katalytické a skladovací cykly. Tento fotokatalytický reaktor se používá pro světlem poháněnou výrobu vodíku. Modré LED diody slouží jako světelný zdroj pro fotochemický proces.

Pro resetování systému vědci jednoduše změní jeho hodnotu pH. pH však není jen přepínač; je také indikátorem stavu nabití polymeru. Při vybití změní přítomnost kyseliny barvu z fialové na žlutou. Při umístění na slunce k nabití systém opět změní barvu ze žluté na fialovou, což ukazuje, že baterie má náboj, který může v případě potřeby uvolnit jako vodík. Uvolněný vodík by mohl být použit pro širokou škálu aplikací, od pohonu elektromobilů po výrobu oceli nebo generování čisté elektřiny na vyžádání.

„Projekt má také vědecký význam, protože kombinuje velmi odlišné koncepty z oblasti chemie, které jinak mají málo styčných bodů: konkrétně makromolekulární polymerní chemii a fotokatalýzu,“ dodal Rau v tiskové zprávě. „Výsledky otevírají nové perspektivy pro nákladově efektivní, škálovatelné technologie solárního skladování a poskytují důležitý stavební kámen na cestě k udržitelné, chemicky založené energetické ekonomice,“ uzavřel Schubert. Výzkumné poznatky byly publikovány v časopise Nature Communications.