В основе разработки — модифицированная органическая молекула пиримидон, вдохновлённая структурой ДНК: схожий фрагмент естественным образом присутствует в ДНК и обратимо меняет форму под воздействием ультрафиолета. Учёные создали синтетический аналог и научили его многократно запасать и отдавать энергию. Принцип работы авторы сравнивают с фотохромными очками-хамелеонами: только вместо смены цвета молекула переходит в высокоэнергетическое напряжённое состояние и удерживает его до момента активации.
Высвободить запасённое тепло можно с помощью небольшого внешнего импульса — нагрева или катализатора: молекула возвращается в исходную форму, отдавая энергию. После этого цикл можно повторять снова. Компьютерное моделирование, выполненное совместно с коллегами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, объяснило, почему молекула сохраняет стабильность при длительном хранении энергии без значительных потерь.
Плотность запасаемой энергии — более 1,6 МДж/кг — превышает показатели традиционных литий-ионных аккумуляторов (около 0,9 МДж/кг). В экспериментах авторам удалось добиться практически значимого результата: высвобождённого тепла хватило для кипячения воды в обычных атмосферных условиях — задача, которую прежним разработкам в области молекулярного солнечного хранения решить не удавалось.
Поскольку вещество растворяется в воде, исследователи предполагают возможную схему применения: жидкость циркулирует через кровельные солнечные коллекторы в течение дня, затем закачивается в накопительные ёмкости и отдаёт тепло ночью — без громоздких электрических аккумуляторов и без подключения к сети.
Технология относится к классу MOST (Molecular Solar Thermal) — молекулярного солнечно-термального хранения энергии. Это перспективное, но пока лабораторное направление: до практического применения предстоит решить вопросы масштабирования производства молекулы и долгосрочной стабильности в реальных условиях эксплуатации. Тем не менее продемонстрированные характеристики делают разработку одним из наиболее убедительных результатов в этой области на сегодняшний день.
