Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Учёные давно бьются над сохранением энергии в виде тепла, но добиться высокой эффективности пока не удавалось. Традиционные установки строятся по принципу слоёного пирога: один слой поглощает свет, другой копит тепло, третий отвечает за защиту.
На практике такая конструкция работает со сбоями — ресурс банально теряется на стыках материалов.
Единая энергосистема на базе древесины
Исследователи предложили принципиально иной подход. Вместо того чтобы собирать сложные многокомпонентные установки, они превратили обычную древесину в универсальную солнечную батарею формата «всё в одном».
Команда учёных изменила внутреннюю структуру материала на наноуровне. Получилась цельная платформа, которая поглощает свет, аккумулирует его в виде тепла и продолжает выдавать напряжение даже глубокой ночью.
«Наша работа — это масштабируемая и экологически чистая платформа на основе древесины для передового сбора солнечной тепловой энергии», — отмечают авторы проекта.
Для эксперимента выбрали древесину бальзы. Дело не в её прочности, а в уникальной внутренней архитектуре. Под микроскопом бальза напоминает пучок ровных микротрубок шириной от 20 до 50 микрометров.
Эти естественные каналы отлично направляют тепло и удерживают нужные вещества, работая, как природный каркас. Обычно дерево отражает свет и впитывает воду. Поэтому сначала из бальзы вымыли лигнин — компонент, который даёт цвет и жёсткость.
Пористость материала взлетела до 93%, обнажив внутри каналов плотную сеть поверхностей. Дерево превратилось в губку, но сохранило свою строгую направленную структуру.
Затем вместо привычного обжига учёные применили химическую модификацию. Стенки каналов покрыли ультратонкими слоями чёрного фосфорена. Он эффективно улавливает свет в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном спектрах, моментально преобразуя его в тепло.
Фосфорен, не горит, но у него есть серьёзный минус — на воздухе он быстро разрушается. Проблему решили изящно: каждый нанолист обернули защитным слоем из дубильной кислоты (танина) и ионов железа.
Возникла металл-полифенольная сеть. Она работает как молекулярный щит от окисления и одновременно усиливает поглощение света. Первые тесты подтвердили: спустя 150 дней под прямыми лучами покрытие не деградировало.
Долговечность, эффективность и водонепроницаемость
На следующем этапе в структуру внедрили наночастицы серебра. Благодаря плазмонным эффектам они сработали как усилители, многократно улучшив взаимодействие с солнечным излучением.
Финальным штрихом стала прививка длинных углеводородных цепей, которые сделали древесину водоотталкивающей. Краевой угол смачивания достиг 153° — капли воды с неё просто скатываются.
Готовый каркас заполнили стеариновой кислотой. Это биологический материал с фазовым переходом: при нагревании он плавится и запасает энергию, а остывая — твердеет и отдаёт тепло.
Такая архитектура обеспечила рекордные показатели. Один килограмм материала накапливает около 175 кДж тепла. В полезную энергию уходит 91,27% поступающего света. А теплопроводность вдоль древесных волокон выросла почти в четыре раза.
В связке с термоэлектрическим генератором система выдала стабильное напряжение до 0,65 В при имитации стандартного солнечного освещения.
«В качестве проверки концепции мы продемонстрировали стабильное солнечно-тепловое и электрическое преобразование с выходным напряжением до 0,65 В при облучении солнцем», — резюмируют исследователи.
Коммерческий потенциал и перспективы
Механика процесса предельно прозрачная. Солнце нагревает материал и плавит внутри него стеариновую кислоту. Как только наступает ночь, накопленное тепло медленно высвобождается. Разность температур в термоэлектрическом генераторе сохраняется, а электричество продолжает поступать в сеть.
Разработка показала серьёзный запас прочности. Характеристики не упали даже после сотни циклов нагрева и охлаждения. Если материал поджечь, он потухнет сам за пару минут. Вдобавок антимикробная поверхность блокирует рост бактерий, что критично для работы под открытым небом.
По словам учёных, такой дизайн успешно противостоит налипанию пыли и биологическому обрастанию. Исследование открывает путь к солнечным установкам совершенно нового типа. Здесь дерево выступает не пассивной опорой, а активным участником процесса: поглощает свет, копит тепло и защищает себя от внешней среды.
Отказ от высокотемпературной обработки сберёг химические свойства древесины, оставив пространство для её дальнейшей модернизации.
В будущем подобные решения выйдут далеко за рамки классической энергетики. Технологию можно адаптировать для терморегуляции, электроники, создания умных стройматериалов или автономных микросетей, где стабильность энергоснабжения важнее пиковых мощностей.
Вопрос упирается в коммерциализацию. Теперь учёным предстоит доказать, что систему можно масштабировать до промышленных объёмов без потери эффективности и будет окупаема.
Если это получится, адаптация метода к другим видам биомассы запустит эру новых устройств — способных самостоятельно улавливать, хранить и распределять энергию круглые сутки.
Поделись видео: