Un estudio pionero ha identificado fotoconvertidores moleculares que podrían mejorar el almacenamiento de energía solar. Utilizando la computación cuántica, los investigadores analizaron una gran base de datos para encontrar las moléculas más adecuadas para esta tecnología, lo que supone un paso importante en el uso de energía solar libre de emisiones. Crédito: SciTechDaily.com

Optimización de fotoconvertidores moleculares para captación de energía solar.

Se pueden utilizar fotoconvertidores moleculares que pueden convertir y almacenar energía para hacer que la recolección de energía solar sea más eficiente. Un equipo de investigadores lo utilizó. Estadísticas cuantitativas Un método para encontrar una estructura molecular que sea particularmente eficaz para este propósito. Como describió el equipo en la revista. angioandte chemiSus procedimientos se basaron en un conjunto de datos de más de 400.000 moléculas, que examinaron para encontrar la estructura molecular óptima para los materiales de almacenamiento de energía solar.

El proyecto más importante: un nuevo camino solar

Hoy en día, la energía solar se utiliza directamente para generar electricidad o indirectamente a través de energía almacenada en depósitos térmicos. Una tercera ruta podría implicar primero almacenar energía del sol en materiales sensibles a la luz y luego liberarla según sea necesario. El proyecto MOST (“Almacenamiento de energía solar térmica molecular”), respaldado por la UE, está explorando moléculas como los fotoconvertidores que pueden absorber y almacenar energía solar a temperatura ambiente para hacer realidad la energía solar completamente libre de emisiones.

El equipo de investigación, formado por Kurt Mikkelsen de la Universidad de Copenhague (Dinamarca) y Casper Muth Poulsen de la Universidad Técnica de Cataluña, Barcelona (España), analizó más de cerca qué convertidores ópticos son los más adecuados para esta tarea. Estudiaron moléculas conocidas como diciclistas, que se convierten a un estado de alta energía cuando se iluminan. El ejemplo más destacado de un sistema de dieno bicíclico se conoce como norbornadieno cuadricilano, pero existe un gran número de candidatos similares. «El espacio químico resultante consta de aproximadamente 466.000 dienos bicíclicos cuya aplicabilidad en la MAYORÍA de la tecnología», explican los investigadores.

Método de detección innovador y resultados prometedores.

Una base de datos de este tamaño normalmente sería escaneada por Aprendizaje automáticoPero esto requeriría grandes cantidades de datos de entrenamiento basados ​​en experimentos del mundo real, que el equipo no tenía. Utilizando un algoritmo previamente desarrollado y una nueva puntuación de evaluación, «eta», la selección y evaluación de las moléculas de la base de datos arrojó un resultado claro: las seis moléculas con la puntuación más alta diferían del sistema original de norbornadieno cuadricilano en un punto crucial de la estructura. Los investigadores concluyeron que este cambio estructural, que ampliaba el puente molecular entre los dos anillos de carbono en la fracción bicíclica, permitía a las nuevas moléculas almacenar más energía que la norbornedina original.

El trabajo de los investigadores demuestra el potencial de mejorar las moléculas de almacenamiento de energía solar. Sin embargo, primero es necesario sintetizar y probar nuevas moléculas en condiciones reales. «Aunque los sistemas pueden prepararse sintéticamente, no hay garantía de que sean solubles en los disolventes pertinentes y de que realmente se fotoconviertan con alto rendimiento o no se fotoconviertan en absoluto, como supusimos en ETA», advierten los autores.

Impacto y potencial futuro

A pesar de esto, el equipo desarrolló un nuevo y gran conjunto de datos de entrenamiento para algoritmos de aprendizaje automático, acortando así el tedioso paso de investigación previo a la síntesis para los químicos que se ocuparán de tales sistemas en el futuro. Los autores prevén que este depósito mucho más grande de dienos bicíclicos pueda convertirse en una investigación sobre fotoconvertidores para una variedad de aplicaciones, lo que podría facilitar la adaptación de las moléculas a requisitos específicos.

Referencia: “Buscando en el espacio químico de dienos bicíclicos candidatos para el almacenamiento de energía solar térmica molecular” por Andreas Erbes Hellers-Bendtsen, Jakob Ling Elholm, Oskar Berlin Opel, Helene Hölzel, Kasper Muth Poulsen y Kurt V. Mikkelsen, 25 de julio de 2023, Angewandte Chemie Edición Internacional.
doi: 10.1002/anie.202309543