A teljesen organikus napelem 48 órán át tárolja a napfényt, kizárólag víz és szerves molekulák felhasználásával

A németországi kutatók létrehozták egy teljesen szerves "napelemet", amely befogja a napfényt, több mint két napig tárolja az energiát, és azt elektromosság formájában szabadítja fel. Egy naftaléndiimidből készült porózus, kétdimenziós kovalens szerves vázat (COF) használnak, amely egyetlen könnyű anyagban egyesíti a fotovoltaikus és elektrokémiai funkciókat. Ez a fémmentes kialakítás fenntarthatóbb lehetőséget kínál a hálózaton kívüli energiaellátás számára.

A COF egyszerre működik fényelnyelőként és töltéstárolóként. Megvilágításkor elektron-lyuk párokat hoz létre, és a keletkező töltéseket rendezett pórusaiban tartja csapdába. Vizes körülmények között ezek a töltések legalább 48 órán át stabilak maradnak - ami az anyagok ezen osztálya esetében példátlan megőrzési idő -, és igény esetén külső terhelés működtetéséhez lemeríthetők. A csapat 38 milliamperóra/gramm fajlagos kapacitást mért, ami felülmúlja a hasonló szén-nitridek, polimer félvezetők és fém-szerves vázak teljesítményét.

A vízmolekulák segítenek megőrizni a tárolt energiát. Ahelyett, hogy a töltéseket kioltanák, a víz átrendeződik a COF-szerkezet körül, és olyan energiagátat képez, amely megakadályozza a rekombinációt. A vizsgálatok megerősítik, hogy ez a kölcsönhatás stabilizálja a csapdába esett elektronokat anélkül, hogy ionokra vagy fémcentrumokra lenne szükség.

A Müncheni Műszaki Egyetem spektroszkópikusai által vezetett szimulációk több töltésstabilizációs forgatókönyvet vizsgáltak, és megmutatták, hogy a molekulák felépítése, a vázszerkezet és a környező közeg hogyan működik együtt a töltések rögzítésében. A mechanizmus egyszerűsége - szerves építőelemek plusz víz - segít megmagyarázni az anyag ciklikus terhelés alatti robusztusságát.

A gyakorlati tesztek is alátámasztották ezt a robusztusságot: az eszköz több mint 90 százalékban megőrizte kapacitását többszöri töltés-kisütés ciklusok után is. Ez a teljesítmény a COF platformot ígéretes jelöltként pozícionálja az integrált napenergia-tárolás számára, különösen ott, ahol a súly, a fenntarthatóság és az anyaghiány kritikus szempontok. A további munka a keretrendszer szintézisének skálázására, a töltéssűrűség javítására és az anyag teljes fotovoltaikus rendszerekbe történő integrálására fog összpontosítani.