Per ongeluk bleek tetrahydrofuraan een gouden greep (afb: univ. van Mass.)

Zonne-energie wordt meestal opgeslagen in de vorm van elektrische energie (elektronen), maar je kunt die ook opslaan in  chemische bindingen om, wanneer nodig, warmte te leveren. Onderzoekers van de universiteit va Massachusetts (VS) in Amherst hebben nu een polymere warmtebatterij ontwikkeld die warmte kan leveren en de energieopslagcapaciteit zou hebben van de hedendaagse lithiumbatterijen. De nieuwe warmtebatterijen zouden ruim twee keer zoveel energie opslaan als bestaande polymere batterijen.
Onderzoeksleider Dhandapani Venkataraman stelt dat de energiedichtheid van polymere warmtebatterijen in de buurt van 200 J/g lag en het nieuwe systeem gemiddeld 510 J/g kan opslaan met pieken tot 690 J/g. Theoretisch zou 800 J/g mogelijk zijn. Hij erkent dat het nieuwe opslagsysteem niet mogelijk zou zijn geweest zonder het eerdere theoretische werk van Jeffrey Grossman van het MIT in Cambridge (VS).
Grossman dacht dat een grotere energiedichtheid was te realiseren als de normaal gebruikte azobenzeenmoleculen zouden worden ‘gedrapeerd’ langs stijve nanokoolstofbuisjes. Dit raamwerk zou de onderzoekers in staat stellen de moleculaire interacties te manipuleren en daarmee de energie die er wordt opgenomen of afgestaan.
Venkataraman: “We begrepen het idee, maar dachten: Als we nu eens een flexibel polymeer gebruikten in plaats van stijve buisjes? Zoiets als kerstverlichting waarbij de azobenzeenmoleculen de lampjes zijn. Met nanobuisjes kun je niet de afstand tussen de moleculen verminderen. Als je de azo-groepen dichter bij elkaar brengt dan win je aan energiecapaciteit en stabiliteit.”

Ongezochte vondst

Het bleek nog te werken ook, maar eigenlijk was de uitkomst onverwacht. “We begrepen niet hoe het werkte en we moesten daarmee verder. Elke keer als de onderzoekers met onverklaarbaar hoge cijfers bij me kwamen stuurde ik ze terug om meer proeven te doen om te begrijpen wat er aan de hand was. We moesten wel skeptisch zijn, want het resultaat was ongewoon.”
De onderzoekers dachten de verklaring te moeten zoeken in de afstand tussen de moleculen. Die was wel belangrijk. Het belangrijkst bleek echter de ordening van de ‘snoeren met lichtjes’. Venkataraman: “Het bleek dat het oplosmiddel dat we gebruikten de ‘architectuur’ stuurt, waardoor de azobenzeenmoleculen aan het polymeer netjes en compact worden geordend. Daardoor ontstaat er een maximale pakkingsdichtheid.” Een ongezochte vondst, dus.

Ze gebruikten het oplosmiddel (tetrahydrofuraan) eigenlijk vooral omdat dat een goed oplosmiddel is voor polymeersystemen, maar hadden geen idee wat dat had op de energiecapaciteit van de warmtebatterij. Onderzoekers mogen ook wel eens gewoon mazzel hebben.
We zullen nog even moeten wachten op deze warmtrebatterij. De onderzoekers willen nog wat praktische probleempjes oplossen die kleven aan het laden van het systeem, maar ze verzekeren dat de niet-elektrische batterij voor zonne-energie er aan komt.

Bron: EurekAlert