Un estudio innovador ha descubierto un fotointerruptor molecular que podría mejorar el almacenamiento de energía solar. Se podrían utilizar fotointerruptores moleculares que puedan convertir y almacenar energía para aumentar la eficiencia de la recolección de energía solar. Los investigadores utilizaron la computación cuántica para analizar una gran base de datos y encontrar las moléculas más adecuadas para la tecnología, lo que marcó un paso importante hacia el uso de energía solar libre de emisiones.
Un equipo de investigación ha utilizado métodos de computación cuántica para encontrar una estructura molecular especialmente eficiente para este fin. El equipo de investigación explicó en la revista "Angewandte Chemie" que su proceso de investigación se basó en un conjunto de datos que contenía más de 400.000 moléculas, que examinaron para encontrar la mejor estructura molecular para los materiales de almacenamiento de energía solar.
Proyecto MOST: un nuevo enfoque de la energía solar
Actualmente, la energía solar se utiliza directamente para generar electricidad o se almacena indirectamente en acumuladores térmicos. El tercer enfoque consiste en almacenar energía solar en materiales fotosensibles y luego liberarla cuando sea necesario. El proyecto MOST (Molecular Solar Thermal Energy Storage), respaldado por la UE, está explorando moléculas como los fotointerruptores que pueden absorber y almacenar energía solar a temperatura ambiente, haciendo realidad el aprovechamiento del sol sin emisiones.
Los grupos de investigación de Kurt V. Mikkelsen de la Universidad de Copenhague (Dinamarca) y Kasper Moth-Poulsen de la Universidad Politécnica de Cataluña en Barcelona (España) llevaron a cabo un estudio cuidadoso de los interruptores ópticos más adecuados para esta tarea. Estudiaron moléculas llamadas dienos bicíclicos, que cambian a un estado de alta energía cuando se exponen a la luz. El ejemplo más destacado de un sistema dieno bicíclico es el tetraciclo norbornadieno, pero también existe un gran número de candidatos similares. "El espacio químico resultante incluye aproximadamente 466.000 dienos bicíclicos, que hemos examinado para determinar su posible idoneidad en la tecnología MOST", explican los investigadores.
Métodos de detección innovadores y descubrimientos prometedores
La detección de bases de datos de este tamaño generalmente se realiza mediante aprendizaje automático, pero esto requiere grandes cantidades de datos de entrenamiento basados en experimentos del mundo real, que el equipo no tenía. La detección y evaluación de moléculas en la base de datos utilizando algoritmos desarrollados previamente y una nueva puntuación de evaluación "eta" arrojó un resultado claro: las seis moléculas con la puntuación más alta diferían del sistema tetracíclico de norbornadieno original en puntos clave de su estructura.
Los investigadores concluyeron que este cambio estructural, la ampliación del puente molecular entre los dos anillos de carbono de la porción bicíclica, permitió a la nueva molécula almacenar más energía que el norbornadieno original.
El trabajo de los investigadores demuestra el potencial de optimizar moléculas para el almacenamiento de energía solar. Sin embargo, primero es necesario sintetizar y probar nuevas moléculas en condiciones realistas. Los autores advierten: "Incluso si estos sistemas se pueden preparar sintéticamente, no hay garantía de que sean solubles en los solventes relevantes, o que realmente se fotoconmuten con altos rendimientos o en absoluto, como planteamos la hipótesis en nuestra eta".
Impacto y potencial futuro
Aún así, el equipo desarrolló un nuevo y masivo conjunto de datos de entrenamiento para algoritmos de aprendizaje automático, acortando los minuciosos pasos previos a la síntesis de los químicos. Los autores prevén que esta biblioteca más grande de dienos bicíclicos será útil en la investigación de fotoconmutación para una variedad de aplicaciones, lo que potencialmente facilitará que las moléculas cumplan requisitos específicos.
Referencia: Artículo publicado por Andreas Erbs Hillers-Bendtsen, Jacob Lynge Elholm, Oscar Berlin Obel, Helen Hölzel, Kasper Moth-Poulsen y Kurt V. Mikkelsen en Angewandte Chemie International Edition el 25 de julio de 2023: "Buscando candidatos de almacenamiento térmico solar molecular en el espacio químico de dienos bicíclicos".
DOI:10.1002/anie.202309543
Fuente compilada: ScitechDaily