Ruajtja e energjisë zakonisht sjell në mend bateri, kapacitorë, rezervuarë hidrogjeni, ose ndoshta një sistem i madh që përdor gravitetin për të ngritur blloqe në një kullë. Kërkuesit e Universitetit Northwestern kanë demonstruar tani diçka shumë më të çuditshme: një lëng i verdhë që “karikohet” duke u riorganizuar në një xhel të zi, ruajt energjinë elektronike për muaj, dhe më pas e çliron sipas kërkesës për të nxitur reaksione kimike.
Teknologjia e tyre është një sistem kimik i frymëzuar nga qelizat, që ruajt energjinë në formën e elektronëve brenda një strukture molekulare që formohet vetvetë. Kur energjia e ruajtur është e nevojshme, materiali liron këto elektrone në oksigjen, duke krijuar specie reaktive të oksigjenit që mund të kryejnë reaksione oksidimi edhe nën errësirë.
Tani, përshkrimi i kërkuesve, “një material që ruajt energjinë”, mund të duket më i njohur sesa shkenca e vërtetë. Materiali nuk është një bateri në kuptimin e zakonshëm të “qelizës me litium”, dhe nuk do të lidhni telefonin tuaj në një flakon me “xhel të zi” shumë shpejt.
Ajo që Northwestern ka krijuar është një platformë molekulare e butë që integron kapjen e energjisë, ruajtjen e energjisë, ndryshimin e strukturës dhe katalizën në një material të vetëm.
Në gjendjen e dekarikuar, materiali është një lëng i verdhë i përbërë nga agregacione molekulare të vogla. Kur ekspozohet në dritë të dukshme, elektricitet, karburante kimike ose rreze X, molekulat e tij pranojnë elektrone. Ky ndryshim elektronik shkakton që molekulat të grumbullohen dhe të lidhen së bashku përmes ndërveprimeve π-π dhe formimit të “pimer” radikal, duke shkaktuar që lëngu i lirë të riorganizohet në fibra polimerike supramolekulare të gjata. Rezultati i dukshëm është një transformim dramatik i lëngut të verdhë në një xhel të zi, që përcakton elektrikisht.
Një aspekt interesant është se gjendja e karikuar e materialit është edhe gjendja e tij e asambluar. Molekulat nuk thjesht qëndrojnë aty duke mbajtur elektrone, si ionet në një elektrodë të zakonshme të baterisë. Ato riorganizohen fizikisht rreth këtyre elektronëve, duke formuar një strukturë të re të butë që stabilizon ngarkesën e ruajtur. Në kushtet pa oksigjen, kërkuesit thonë se xheli mund të mbajë këtë energji të ruajtur për muaj.
Për të çliruar energjinë, oksigjeni futet. Oksigjeni pranon elektronet e ruajtura nga xheli, duke prodhuar specie reaktive të oksigjenit. Këto molekula të oksigjenit shumë reaktive mund më pas të oksidojnë substratet organike. Me fjalë të tjera, energjia e ruajtur kthehet në aktivitet kimik të oksidimit-redukcionit, dhe jo në një rrjedhë të rregullt të rrymeve elektrike përmes një qarku.
Për këtë arsye, kërkuesit e përshkruajnë sistemin si një model për “fotokatalizë të errët”. Në fotokatalizën e zakonshme, drita është e nevojshme gjatë reaksionit. Këtu, materiali mund të karikohet më parë me dritë ose një burim tjetër energjie, të ruhet nën errësirë, dhe më pas të përdoret më vonë për të ushqyer një reaksion kimik pasi burimi i energjisë origjinale është shpenzuar.
Puna prezantohet si raporti i parë i një materiali që ruajt energjinë duke u riorganizuar fizikisht. Kjo është një risi e vërtetë. Materialet e qëndruara brenda pajisjeve të inxhinierizuara zakonisht e marrin përsipër ruajtjen dhe çlirimin e energjisë – për shembull, elektrodët në një bateri ose gjetisjet në një qelizë diellore. Ky material e çan këto role. Ai kap energjinë, ruajt elektronet, ndryshon strukturën dhe më vonë përdor elektronet e ruajtura për të nxitur reaksione kimike.
Për të qenë absolutisht të qartë, ajo që materiali ruajt është energjia kimike e oksidimit-redukcionit, specifikisht në formën e elektronëve shtesë që mbahen brenda xhelit të karikuar. Kur xheli ekspozohet në oksigjen, ai tërheq elektrone nga xheli, duke krijuar specie reaktive të oksigjenit që mund të nxitin reaksione oksidimi. Pra, puna e dobishme është kimike, dhe jo elektrike. Materiali mund të ushqyjë reaksione si oksidimi i molekulave organike, potencialisht duke shkatërruar ndotësit, duke sterilizuar sipërfaqet, ose duke mundësuar qëkimi fotokatalitik të vazgjojë më vonë nën errësirë.
Ruajtja afatgjatë varet nga mbajtja larg oksigjenit. Sa herë që xheli ekspozohet në ajër të hapur, elektronet e ruajtura fillojnë të kryejnë punën e tyre, duke rivendosur materialin në gjendjen e tij origjinale të lëngut. Ky rivendosje është pjesë e çekjes. Një herë që oksigjeni shkrin xhelin e karikuar në gjendjen e lëngut të verdhë, sistemi mund të karikohet përsëri dhe të përdoret.
Kërkimet e ekipit janë publikuar në revistën Chem.
Burimi: Universiteti Northwestern
Burimi: newatlas.com
