Une image au microscope électronique à balayage des cadres métallo-organiques (MOF)
Les chercheurs de l’université de Lancaster ont mis au point un nouveau matériau qui peut stocker de l’énergie pendant des mois, voire des années, à la fois. Le matériau peut être activé par la lumière, puis libérer l’énergie accumulée à la demande sous forme de chaleur.
L’équipe a commencé avec une structure métallo-organique (MOF), des matériaux connus pour être très poreux et, de ce fait, pour avoir une surface extrêmement élevée. Cela leur permet de retenir de grandes quantités de molécules, ce qui en fait des matériaux parfaits pour dessaler ou filtrer l’eau, capturer le dioxyde de carbone de l’air ou administrer des médicaments dans le corps.
Pour cette nouvelle étude, les chercheurs de Lancaster ont testé la capacité d’un MOF à stocker de l’énergie. Ils ont commencé avec une version du matériau appelée DMOF1, et ont chargé ses pores de molécules d’azobenzène. Ce composé est excellent pour absorber la lumière, ce qui fait que ses molécules changent physiquement de forme.
Lorsque le matériau est exposé à la lumière UV, les molécules d’azobenzène se plient en une forme tendue, et normalement elles rebondissent dès que la lumière est éteinte. Mais dans ce cas, les minuscules pores du MOF les maintiennent bloquées dans cette forme, en stockant leur énergie potentielle de la même manière qu’un ressort comprimé.
Lorsqu’il est temps de récupérer cette énergie, la matière est un peu réchauffée. À ce stade, il libère rapidement l’énergie qu’il a stockée sous forme d’une bouffée de chaleur. Il est important de noter que la chaleur libérée est beaucoup plus élevée que la chaleur « de déclenchement », il s’agit donc d’un gain net.
Comme il s’agit d’un effet mécanique, le stockage de l’énergie ne nécessite aucune énergie extérieure et peut se faire à température ambiante pendant de longues périodes. Dans l’étude, le stockage de l’énergie a duré pendant toute la période d’expérimentation de quatre mois, et les chercheurs estiment qu’il devrait avoir une durée de vie de stockage de l’énergie allant jusqu’à 4,5 ans.
« Le matériau fonctionne un peu comme les matériaux à changement de phase, qui sont utilisés pour fournir de la chaleur dans les chauffe-mains », explique John Griffin, co-chercheur principal de l’étude. Cependant, alors que les chauffe-mains doivent être chauffés pour se recharger, ce qui est bien avec ce matériau, c’est qu’il capte l’énergie « gratuite » directement du soleil. Il n’a pas non plus de pièces mobiles ou électroniques et il n’y a donc pas de pertes lors du stockage et de la libération de l’énergie solaire. Nous espérons qu’avec de nouveaux développements, nous serons en mesure de fabriquer d’autres matériaux qui stockent encore plus d’énergie ».
Dans sa forme actuelle, l’équipe indique que le matériau a une densité énergétique plutôt faible, mais les travaux futurs se concentreront sur l’amélioration de cette dernière. À terme, le matériau pourrait être utilisé pour capter l’énergie du soleil pendant la journée afin de libérer de la chaleur la nuit, ou pour stocker l’énergie de l’été pour l’utiliser en hiver. Il pourrait constituer un revêtement utile pour aider à chauffer les bâtiments, ou pour dégivrer rapidement les fenêtres et les parebrises les froids matins d’hiver.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c02708
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/lu-ssp120220.php
