Сверхчерные наноиглы: революция в солнечной энергетике

Исследователи из Университета Страны Басков (EHU) продемонстрировали выдающийся потенциал сверхчерных наноигл из медь-кобальтового соединения для эффективного поглощения солнечной энергии. Эти инновационные наноструктуры обладают превосходными термическими и оптическими свойствами, что открывает новые горизонты для развития концентрированной солнечной энергетики.

Испытания проводились в специализированной лаборатории, оборудованной для проведения высокотемпературных исследований, а результаты были опубликованы в авторитетном журнале Solar Energy Materials and Solar Cells. Концентрированная солнечная энергетика рассматривается как перспективное направление возобновляемой энергетики благодаря возможности эффективного хранения тепловой энергии. Несмотря на исторически более высокую стоимость и сложность по сравнению с фотовольтаикой, последние достижения значительно повысили конкурентоспособность этой технологии, способствуя ее распространению в различных странах.

Как пояснил Иньиго Гонсалес де Аррьета, научный сотрудник группы по термофизическим свойствам материалов, «мы изучаем сверхчерные материалы для использования в солнечных башнях». В таких установках солнечная энергия концентрируется с помощью зеркал на башне, где происходит ее поглощение. «Чем более эффективными будут наши поглощающие материалы, тем более конкурентоспособными станут системы, открывая новые возможности для этого типа энергии», — отметил доктор Гонсалес де Аррьета. Используя передовое оборудование, разработанное в лаборатории EHU, команда проводит «термооптический анализ для измерения свойств поглощения образцов. В мире существует лишь несколько специализированных лабораторий, способных проводить высокотемпературные исследования».

Исследователи EHU провели термооптическую характеризацию наноигл из медь-кобальтового соединения, запатентованных Калифорнийским университетом в Сан-Диего. «Мы обнаружили, что эти наноиглы превосходят по своим характеристикам углеродные нанотрубки, используемые до сих пор, а при нанесении покрытия из оксида цинка их эффективность возрастает», — сообщил доктор Гонсалес де Аррьета.

Стремление к 100% поглощению света

Сотни зеркал, расположенных вокруг солнечных башен, концентрируют солнечные лучи в одной точке. Задача — добиться максимального поглощения энергии на башне, для чего требуются сверхчерные материалы. Самые черные материалы, представленные на рынке, включают вертикально ориентированные углеродные нанотрубки.

Несмотря на подходящие оптические показатели и геометрию, способствующую захвату света, «углеродные нанотрубки нестабильны при высоких температурах и в условиях высокой влажности. Поэтому их необходимо покрывать более устойчивыми материалами, что снижает их эффективность», — объяснил доктор Гонсалес де Аррьета. «Углеродные нанотрубки поглощают около 99% света, но их нельзя использовать в солнечных башнях».

Поэтому, по мнению исследователя, медь-кобальтовые наноиглы представляют собой значительный шаг вперед: «Они гораздо более стабильны при высоких температурах, а наноиглы, покрытые оксидом цинка, демонстрируют более высокое поглощение, чем используемые до сих пор нанотрубки. Материалы (черный кремний), применяемые в настоящее время на солнечных башнях, поглощают 95% света, что уже немало; однако медь-кобальтовые наноиглы поглощают 99% света, а покрытые оксидом цинка — еще больше, 99.5%», — подчеркнул доктор Гонсалес де Аррьета.

Доктор Ренкун Чен из Калифорнийского университета в Сан-Диего сотрудничает с Министерством энергетики США по внедрению наноигл из медь-кобальтового соединения, покрытых легированным оксидом цинка, в солнечные башни, «но мы пока не знаем, как это будет развиваться, учитывая неопределенность ситуации в США», — отметил исследователь.

Солнечные тепловые электростанции расположены в Андалусии и некоторых пустынях по всему миру. В Испании на эту технологию приходится всего 5% производимой энергии. Исследователь подчеркнул важность «продвижения этой возобновляемой энергии», поскольку она обладает множеством преимуществ: «она абсолютно чистая и может использоваться даже тогда, когда солнце не светит».

Тепло Солнца, поглощенное башнями, сохраняется в виде тепловой энергии: «Солнечное тепло используется, прежде всего, для плавления определенных солей. Расплавленная соль очень хорошо удерживает тепло, и затем эту тепловую энергию гораздо проще подавать в электросеть».

Доктор Гонсалес де Аррьета акцентировал внимание на необходимости дальнейшей разработки и характеризации новых покрытий с улучшенными оптическими свойствами для применения в солнечных башнях. Он добавил, что в будущем возможны дальнейшие исследования возможностей покрытия наноигл материалами с повышенной проводимостью.