- La madera diseñada almacena el calor solar y lo libera para generar electricidad.
- Modificaciones a nanoescala hacen de la balsa un material energético conductor de calor
- El recubrimiento de fosforeno permite una absorción de luz solar de amplio espectro y una conversión eficiente del calor.
La madera de balsa común ahora puede absorber la luz solar, almacenar calor y generar electricidad incluso en la oscuridad después de que un equipo de científicos chinos rediseñara su arquitectura celular.
Un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Kunming y la Universidad de Tecnología de Guangdong dice que la estructura interna de la madera se transformó a nanoescala para lograr estos resultados.
Eligieron la balsa no por su resistencia sino por la alineación natural de los microcanales, que conducen el calor y mantienen otros materiales en su lugar.
El artículo continúa a continuación.
Cómo funcionan realmente los sistemas basados en madera
Los científicos primero eliminaron la lignina, el material que da color y resistencia a la madera, aumentando la porosidad del material a más del 93%.
Luego cubrieron las paredes del canal con láminas ultrafinas de fosforeno negro, un material que absorbe la luz solar a través de longitudes de onda ultravioleta, visible e infrarroja y la convierte directamente en calor.
Cada nanohoja de fosforeno recibió una capa protectora hecha de ácido tánico e iones de hierro, creando un escudo molecular que resiste la oxidación.
Incluso después de 150 días de exposición solar, el material recubierto se mantuvo estable.
Se agregaron nanopartículas de plata para mejorar la absorción de la luz a través del efecto plasmónico, mientras que se injertaron largas cadenas de hidrocarburos en la superficie para hacerla resistente al agua.
La estructura terminada tenía un ángulo de contacto de 153 grados, lo que significa que el agua simplemente se cortó.
Los canales estaban llenos de ácido esteárico, un material de cambio de fase de origen biológico que almacena calor cuando se funde y lo libera después de la solidificación.
El material almacena alrededor de 175 kJ de calor por kilogramo y convierte el 91,27% de la luz solar entrante en calor utilizable.
Conduce el calor aproximadamente 3,9 veces más eficientemente a lo largo de la veta de la madera. Cuando se acopla a un generador termoeléctrico, produce hasta 0,65 V bajo la luz solar ideal.
Cuando la luz del sol incide sobre el material, derrite el ácido esteárico y el calor se libera lentamente al anochecer para mantener la diferencia de temperatura en todo el generador.
Esto permite que el sistema continúe generando electricidad incluso después de que se apague la fuente de luz.
Después de 100 ciclos de calentamiento y enfriamiento, el rendimiento del material apenas cambia. También evita quemaduras al autoextinguirse en dos minutos.
Los científicos señalan que su diseño es ignífugo, superhidrófobo y antimicrobiano, lo que evita que el polvo y los gérmenes degraden el rendimiento en exteriores.
Diseños similares pueden ayudar a gestionar el calor en la electrónica, mejorar la eficiencia energética en los materiales de construcción o respaldar pequeños sistemas de energía fuera de la red.
La investigación se publica en Advanced Energy Materials, pero la brecha entre un prototipo probado en laboratorio y un producto comercialmente viable sigue siendo considerable.
El equipo evitó la carbonización a alta temperatura para preservar las propiedades químicas de la madera, que son prometedoras para la escalabilidad.
Sin embargo, no será fácil producir este material a escala manteniendo su compleja estructura en capas.
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