La batteria solare completamente organica immagazzina la luce solare per 48 ore utilizzando solo acqua e molecole organiche

I ricercatori in Germania hanno creato una "batteria solare" completamente organica che cattura la luce solare, immagazzina l'energia per oltre due giorni e la rilascia come elettricità. Utilizza una struttura organica covalente (COF) porosa e bidimensionale ricavata dalla naftalenediimmide, che combina le funzioni fotovoltaiche ed elettrochimiche in un unico materiale leggero. Questo design privo di metalli offre un'opzione più sostenibile per l'energia off-grid.

Il COF agisce sia come assorbitore di luce che come serbatoio di carica. Quando viene illuminato, genera coppie elettrone-buco e intrappola le cariche risultanti all'interno dei suoi pori ordinati. In condizioni acquose, queste cariche rimangono stabili per almeno 48 ore - un tempo di ritenzione senza precedenti per questa classe di materiali - e possono essere scaricate su richiesta per far funzionare un carico esterno. Il team ha misurato una capacità specifica di 38 milliampere-ora per grammo, superando i nitruri di carbonio comparabili, i semiconduttori polimerici e le strutture metallo-organiche.

Le molecole d'acqua aiutano a preservare l'energia immagazzinata. Invece di spegnere le cariche, l'acqua si riorganizza intorno alla struttura COF e forma una barriera energetica che impedisce la ricombinazione. Gli studi confermano che questa interazione stabilizza gli elettroni intrappolati senza bisogno di ioni o centri metallici.

Le simulazioni condotte dagli spettroscopisti dell'Università Tecnica di Monaco hanno esplorato diversi scenari di stabilizzazione delle cariche e hanno mostrato come il design molecolare, l'architettura della struttura e il mezzo circostante lavorano insieme per bloccare le cariche. La semplicità del meccanismo - blocchi di costruzione organici più acqua - aiuta a spiegare la robustezza del materiale sotto i cicli.

I test pratici hanno sottolineato questa robustezza: il dispositivo ha mantenuto oltre il 90 percento della sua capacità dopo ripetuti cicli di carica-scarica. Queste prestazioni posizionano la piattaforma COF come un candidato promettente per l'accumulo integrato di energia solare, in particolare dove il peso, la sostenibilità e la scarsità di materiale sono preoccupazioni critiche. Ulteriori lavori si concentreranno sulla scalabilità della sintesi del quadro, sul miglioramento della densità di carica e sull'integrazione del materiale in sistemi fotovoltaici completi.