Химики UC Santa Barbara создали органическую молекулу, которая накапливает солнечную энергию в химических связях и выделяет тепло по требованию. Плотность энергии 1.6 МДж/кг — вдвое выше литий-ионных батарей.
Система работает как перезаряжаемая тепловая батарея без необходимости в электрических сетях или громоздких аккумуляторах. Материал остаётся стабильным годами и может кипятить воду.
Технология открывает путь к автономному отоплению для кемпинга, систем горячего водоснабжения в домах и использованию отходящего тепла в промышленности.
Когда солнце садится, солнечные панели перестают работать. Это фундаментальная проблема возобновляемой энергетики: как сохранить энергию солнца для пасмурного дня или холодной ночи. Химики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали решение, которое не требует громоздких батарей или электрических сетей.
Молекула, вдохновлённая ДНК
Команда доцента Грейс Хан создала модифицированную органическую молекулу под названием пиримидон. Структура молекулы похожа на компонент ДНК, который при воздействии ультрафиолетового света претерпевает обратимые структурные изменения. Исследователи синтезировали искусственную версию этой структуры для накопления и высвобождения энергии.
Дизайн молекулы предельно компактен. «Мы убрали всё лишнее. Любой ненужный элемент удалялся, чтобы сделать молекулу максимально компактной», — объясняет Хан Нгуен, докторант лаборатории Хан и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Science.
Механическая пружина из света
Традиционные солнечные панели преобразуют свет в электричество. Молекулярная система MOST (Molecular Solar Thermal) работает иначе. Молекула действует как механическая пружина: при попадании солнечного света она скручивается в напряжённую высокоэнергетическую форму. Она остаётся в этом состоянии до тех пор, пока триггер — небольшое количество тепла или катализатор — не вернёт её в расслабленное состояние, высвобождая накопленную энергию в виде тепла.
Плотность энергии превышает 1.6 мегаджоулей на килограмм. Это примерно вдвое больше, чем у стандартной литий-ионной батареи (около 0.9 МДж/кг), и значительно выше, чем у предыдущих поколений оптических переключателей.
От теории к кипящей воде
Критический прорыв команды Хан заключался в преобразовании высокой плотности энергии в осязаемый результат. В исследовании учёные продемонстрировали, что тепло, выделяемое материалом, достаточно интенсивное, чтобы вскипятить воду — достижение, ранее труднодостижимое в этой области.
«Кипячение воды — энергоёмкий процесс. Тот факт, что мы можем вскипятить воду при обычных условиях, — большое достижение», — говорит Нгуен. Эта возможность открывает двери для практических применений: от автономного отопления для кемпинга до систем горячего водоснабжения в домах.
Это система, которую можно перезаряжать снова и снова. Подумайте о фотохромных очках: в помещении они прозрачные, на солнце темнеют, в помещении снова становятся прозрачными. Такое обратимое изменение нас и интересует. Только вместо изменения цвета мы используем ту же идею для накопления энергии.— Хан Нгуен, докторант, UC Santa Barbara
Практические применения
Поскольку материал растворим в воде, его потенциально можно прокачивать через установленные на крыше солнечные коллекторы для зарядки днём и хранить в резервуарах для обеспечения теплом ночью. «С солнечными панелями вам нужна дополнительная система батарей для хранения энергии, — объясняет соавтор Бенджамин Бейкер, докторант лаборатории Хан. — При молекулярном термальном хранении солнечной энергии сам материал способен накапливать энергию от солнечного света».
Технология пока находится на лабораторной стадии. Для массового внедрения требуется масштабирование производства, снижение стоимости синтеза молекул и интеграция в существующие системы. Срок коммерциализации оценивается в 5-7 лет.
Конвергенция технологий
Молекулярное хранение солнечной энергии пересекается с несколькими технологическими направлениями. Материаловедение предоставляет новые органические соединения. Химия обеспечивает обратимые реакции. Энергетика получает компактное хранение без тяжёлых металлов. Это пример technology convergence, когда синергия разных областей создаёт прорывное решение.
Команда работала с Кеном Хуком, выдающимся профессором UCLA, используя компьютерное моделирование для понимания, почему молекула способна накапливать энергию и оставаться стабильной годами без потерь. Такой междисциплинарный подход ускоряет переход от фундаментальных открытий к практическим применениям.
Что дальше
Молекулярное термальное хранение открывает новые возможности для использования солнечной энергии в регионах без развитой электрической инфраструктуры. Технология может применяться в мобильных системах, на удалённых объектах, в промышленности для утилизации отходящего тепла. Ключевой вопрос — масштабирование и снижение стоимости синтеза.
Для инвесторов и стратегов это сигнал: энергохранение движется за пределы литий-ионных батарей. Органические материалы, биоинспирированный дизайн и химическое накопление — направления, которые могут переопределить рынок в ближайшие 5-10 лет.
Оригинальная публикация в Science
Han P. Q. Nguyen et al., Molecular solar thermal energy storage in Dewar pyrimidone beyond 1.6 MJ/kg, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aec6413
Лаборатория Грейс Хан, UC Santa Barbara
Исследования в области молекулярных материалов для энергетических приложений, катализа и устойчивой химии
