Se quisermos melhorar o fornecimento de energia ao planeta com energia renovável , precisamos encontrar maneiras de armazenar com eficiência essa energia até que ela seja necessária – e os cientistas identificaram um material específico que pode nos dar exatamente isso.
O material é conhecido como estrutura metal-orgânica (MOF – Metal–organic framework), na qual moléculas baseadas em carbono formam estruturas ligando íons metálicos. Crucialmente, os MOFs são porosos, então eles podem formar materiais compostos com outras moléculas pequenas.
Foi isso que a equipe fez aqui, adicionando moléculas do composto azobenzeno, que absorve a luz . O material compósito acabado foi capaz de armazenar energia da luz ultravioleta por pelo menos quatro meses em temperatura ambiente antes de liberá-la novamente – uma grande melhoria ao longo dos dias ou semanas que a maioria dos materiais responsivos à luz consegue administrar.
“O material funciona um pouco como materiais de mudança de fase, que são usados para fornecer calor em aquecedores de mão”, diz o químico de materiais John Griffin, da Lancaster University, no Reino Unido.
“No entanto, embora os aquecedores de mão precisem ser aquecidos para recarregá-los, o bom desse material é que ele captura energia gratuita diretamente do Sol.”
O azobenzeno atua como um photoswitch – uma máquina molecular que responde a um estímulo externo, como luz ou calor. Sob a luz ultravioleta, as moléculas mudam de forma enquanto permanecem na estrutura dos poros do MOF, armazenando efetivamente a energia.
A aplicação de calor ao material MOF composto desencadeia uma rápida liberação de energia que emite calor, que pode então ser usada para aquecer outros materiais ou dispositivos.
Embora o material ainda precise de algum trabalho para se tornar comercialmente viável, ele poderia eventualmente ser usado para descongelar para-brisas de carros, ou fornecer aquecimento adicional para casas e escritórios, ou como uma fonte de aquecimento para locais fora da rede. Photoswitches como este também têm aplicações no armazenamento de dados e distribuição de medicamentos.
“Também não possui peças móveis ou eletrônicas e, portanto, não há perdas envolvidas no armazenamento e na liberação da energia solar”, diz Griffin. “Esperamos que, com mais desenvolvimento, possamos fazer outros materiais que armazenem ainda mais energia.”
Embora pesquisas anteriores também tenham analisado o armazenamento de energia solar em photoswitches, normalmente eles precisam ser armazenados em líquidos. Mudar para um sólido composto MOF significa que o sistema é mais fácil de conter e também tem maior estabilidade química.
No momento, é necessário mais trabalho para preparar este material do MOF para uso generalizado. Embora os testes tenham mostrado que ele pode reter energia por meses seguidos, a densidade de energia do material é relativamente baixa, que é uma área que os pesquisadores esperam melhorar.
A boa notícia é que muitas configurações usadas nesta pesquisa podem ser ajustadas para tentar melhorar os resultados – o que provavelmente levará a outra maneira econômica e confiável de armazenar energia da qual podemos depender.
“Nossa abordagem significa que há uma série de maneiras de tentar otimizar esses materiais, seja alterando o próprio photoswitch ou a estrutura do hospedeiro poroso”, diz o técnico de raios-X Nathan Halcovitch, da Lancaster University.
A pesquisa foi publicada na Chemistry of Materials .
