Kryształy, które oddychają. Rewolucja w energii nadchodzi

Nowy rodzaj kryształu, który potrafi uwalniać tlen na żądanie, może całkowicie odmienić sposób, w jaki działają ogniwa paliwowe. Naukowcy z Korei Południowej i Japonii opracowali materiał, który reaguje niemal jak żywy organizm, „oddychając” w zależności od potrzeb energetycznych. Dzięki temu możemy mówić o bardziej efektywnej produkcji energii elektrycznej przy minimalnej emisji, przy jednoczesnym uniknięciu problemów z degradacją materiału.

Oddychający kryształ i jego niezwykłe właściwości

O co dokładnie chodzi z tym oddychaniem? Kryształ, złożony ze strontu, żelaza i kobaltu, działa jak magazyn tlenu, uwalniając go w momencie potrzeby. Co ważne, zachowuje przy tym pełną stabilność strukturalną – nie rozpada się po wielokrotnym użyciu. Podgrzany do umiarkowanej temperatury około 400 °C, zaczyna oddawać tlen, co wcześniej wymagało znacznie bardziej ekstremalnych warunków. To ogromny krok naprzód w stosunku do tradycyjnych materiałów, które były zbyt kruche, by wytrzymać wielokrotne cykle redukcji i utleniania.

Badacze w artykule opublikowanym w Nature Communications twierdzą, że takie właściwości kryształu otwierają drzwi do bardziej wydajnych ogniw paliwowych z tlenku stałego (SOFC). Te urządzenia mogą zasilać zarówno stacjonarne generatory, jak i przedłużać zasięg samochodów elektrycznych przy użyciu różnych paliw. Problem dotychczas polegał na tym, że SOFC wymagały bardzo wysokich temperatur, by działać efektywnie. Teraz „oddychający” kryształ rozwiązuje tę bolączkę, umożliwiając wydajną produkcję energii w łagodniejszych warunkach.

„To ogromny krok w kierunku realizacji inteligentnych materiałów, które mogą dostosowywać się w czasie rzeczywistym. Potencjalne zastosowania obejmują czystą energię, elektronikę i ekologiczne materiały budowlane” – Hiromichi Ohta z Uniwersytetu Hokkaido w Japonii, współautor badania.

Czytaj dalej poniżej

Dźwięk jako nowa broń fizyki kwantowej. Caltech zrobił to naprawdę Jakub Szczęsny

Woda z oceanu będzie zdatna do picia. Już trwają testy Patryk Łobaza

Zastosowania wykraczające poza ogniwa paliwowe

Potencjał tego materiału nie ogranicza się jedynie do energii. Naukowcy przewidują jego wykorzystanie w niewielkich urządzeniach zwanych tranzystorami cieplnymi, które kontrolują przepływ ciepła w elektronice. Wyobraźmy sobie smartfony czy laptopy, w których rozkład temperatury można precyzyjnie regulować bez dodatkowych wentylatorów czy radiatorów – to na rynku konsumenckim byłoby prawdziwym gamechangerem.

Kolejną interesującą wizją są inteligentne okna. Kryształ w formie cienkiej powłoki może wchłaniać lub oddawać tlen, zmieniając jednocześnie swoje właściwości optyczne i termiczne. Dzięki temu budynki mogłyby automatycznie regulować dopływ ciepła i światła, utrzymując komfortową temperaturę wnętrza przy minimalnym zużyciu energii. To krok w stronę ekologicznych konstrukcji, które działają samodzielnie i w czasie rzeczywistym dostosowują się do warunków zewnętrznych.

Opisywany materiał jest też niezwykle trwały. Przeprowadzane testy wykazały, że cykliczne „oddychanie” kryształu nie prowadzi do jego rozpadu ani utraty wydajności. Oznacza to, że zastosowania w energetyce i elektronice mogą być nie tylko innowacyjne, ale i praktyczne – zarówno w skali przemysłowej, jak i konsumenckiej.

Naukowcy z Korei Południowej i Japonii uważają więc, że przyszłość energetyki może iść w parze z inteligentnymi materiałami. Oddychające kryształy mogą zmienić sposób, w jaki produkujemy energię, kontrolujemy temperaturę w elektronice i projektujemy ekologiczne budynki. To przykład, jak nauka z pogranicza chemii, fizyki i inżynierii materiałowej może otworzyć całkiem realne możliwości technologiczne, które jeszcze dekadę temu wydawały się wizją odległej przyszłości.