Ученые создали «солнечную батарею» в виде жидкости, способную хранить энергию годами

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) представили инновационный материал, способный поглощать солнечный свет, хранить энергию в химических связях и выделять ее в виде тепла по мере необходимости. Технология, описанная в журнале Science, может решить одну из главных проблем возобновляемой энергетики — хранение энергии для использования ночью или в пасмурную погоду.

В основе разработки лежит модифицированная органическая молекула под названием пиримидон. Она работает по принципу молекулярного солнечного теплового (MOST) накопителя. «Концепция является многоразовой и пригодной для вторичной переработки», — рассказал Хан Нгуен, ведущий автор исследования и аспирант группы Хана.

Ученые пояснили принцип работы на простом примере: «Представьте фотохромные очки. Внутри помещения линзы прозрачны, на солнце они темнеют, а при возвращении в помещение снова становятся прозрачными. Нас интересует такое же обратимое изменение, но вместо изменения цвета мы хотим накапливать энергию, высвобождать ее по мере необходимости и использовать материал снова и снова».

Вдохновением для создания молекулы послужила структура ДНК. Пиримидон напоминает компонент ДНК, способный обратимо менять форму под воздействием ультрафиолета. Используя синтетическую версию, команда создала молекулу, способную многократно запасать и выделять энергию. Компьютерное моделирование показало, что материал может сохранять накопленную энергию в течение нескольких лет без существенных потерь.

Система работает как «сжатая пружина»: после поглощения солнечного света молекула переходит в напряженную, высокоэнергетическую форму и остается в этом состоянии до активации. При воздействии триггера (например, небольшого количества тепла или катализатора) молекула возвращается в исходную форму, высвобождая накопленную энергию в виде тепла. «Мы описываем это как перезаряжаемую солнечную батарею. Она хранит солнечный свет и может быть перезаряжена», — отметил Нгуен.

Плотность энергии нового материала впечатляет: более 1,6 мегаджоуля на килограмм. Для сравнения, обычный литий-ионный аккумулятор хранит примерно 0,9 МДж/кг. Ключевым достижением стала демонстрация того, что материал способен выделять достаточно тепла, чтобы вскипятить воду в обычных условиях. «Кипячение воды — энергоемкий процесс. Тот факт, что мы можем сделать это в обычных условиях, является большим достижением», — подчеркнул Нгуен.

Технология может найти применение в автономных системах отопления, например, для кемпинга или нагрева воды в домах. Поскольку материал растворяется в воде, исследователи предполагают, что в будущем он сможет циркулировать через солнечные коллекторы на крыше днем, а затем накапливаться в резервуарах, выделяя тепло ночью. «С солнечными панелями вам нужна дополнительная аккумуляторная система для хранения энергии. При молекулярном солнечном тепловом накоплении сам материал способен хранить энергию от солнечного света», — пояснил соавтор исследования Бенджамин Бейкер.

Проект получил поддержку стипендии Moore Inventor Fellowship, присужденной Грейс Хан в 2025 году для разработки «перезаряжаемых солнечных батарей».