Científicos de la Universidad de California Santa Bárbara 'embotellan' el sol con una batería líquida

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Cuando se pone el Sol, los paneles solares dejan de funcionar. Éste es el obstáculo fundamental de la energía renovable: cómo ahorrar la energía del sol para un día lluvioso o una noche fría. Una nueva molécula bioinspirada captura la energía solar y la libera en forma de calor según demanda, superando a las baterías de iones de litio.

Eyección de masa coronal del Sol. Crédito de la imagen: NASA

Químicos de Universidad de California Santa Bárbara desarrollaron una solución que no requiere baterías voluminosas ni redes eléctricas. En un artículo publicado en la revista Science, la profesora asociada Grace Han y su equipo detallan un nuevo material que captura la luz solar, la almacena dentro de enlaces químicos y la libera en forma de calor según sea necesario. La materia, una molécula orgánica modificada llamada pirimidona, es el último avance en el almacenamiento de energía solar térmica molecular (AESTM); en inglés las siglas son MOST, por Molecular Solar Thermal.

“El concepto es reutilizable y reciclable”, dijo Han Nguyen, estudiante de doctorado del Grupo Han y autora principal del artículo.

“Piensen en las gafas de sol fotocromáticas. Cuando estás en el interior de una construcción, son solo lentes transparentes. Sales al sol y se oscurecen por sí solas. Al volver adentro, las lentes se vuelven transparentes nuevamente”, detalló Nguyen. “Ese tipo de cambio reversible es lo que nos interesa. Sólo que en lugar de cambiar de color, queremos usar la misma idea para almacenar energía, liberarla cuando lo necesitemos y luego reutilizar el material una y otra vez”.

Diseño bioinspirado
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Para crear esta molécula, el equipo buscó una fuente sorprendente: el ADN. La estructura de la pirimidona es similar a un componente que se encuentra en el ADN que, cuando se expone a la luz ultravioleta, puede sufrir cambios estructurales reversibles.

Al diseñar una versión sintética de esta estructura, el equipo creó una molécula que almacena y libera energía de forma reversible. Colaboraron con Ken Houk, un distinguido profesor de investigación de la UCLA, para utilizar modelos computacionales para comprender por qué la molécula pudo almacenar energía y permanecer estable durante años sin perder la energía almacenada.

“Dimos prioridad a un diseño de molécula compacta y liviana”, dijo Nguyen. “Para este proyecto, eliminamos todo lo que no necesitábamos, para hacer la molécula lo más compacta posible”.

Una ‘batería recargable’ con calor
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Los paneles solares tradicionales convierten la luz en electricidad, sin embargo la mayoría de los sistemas convierten la luz en energía química. La molécula actúa como un resorte mecánico: cuando la luz solar la golpea, se retuerce hasta adoptar una forma tensa y de alta energía. Permanece bloqueada en esa forma hasta que un desencadenante, como una pequeña cantidad de calor o un catalizador, que le devuelve a su estado relajado, liberando la energía almacenada en forma de calor.

“Normalmente describimos esto como una batería solar recargable”, dijo Nguyen. “Almacena luz solar y se puede recargar”.

Molécula de ‘bateo elevado’
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La nueva molécula del equipo es un gran bateador (en términos del baseball, o el softball). Tiene una densidad energética de más de 1,6 megajulios por kilogramo. Esto supone aproximadamente el doble de la densidad de energía de una batería de iones de litio estándar (que ronda los 0,9 MJ/kg) y es significativamente mayor que la de generaciones anteriores de interruptores ópticos.

De la teoría al agua hirviendo
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El avance fundamental para el grupo de Han fue traducir la alta densidad de energía en un resultado tangible. En el estudio, los investigadores demostraron que el calor liberado por el material era lo suficientemente intenso como para hervir agua, una hazaña que antes era difícil de lograr en este campo.

“Hervir agua es un proceso que consume mucha energía”, dijo Nguyen. “El hecho de que podamos hervir agua en condiciones ambientales es un gran logro”.

Esta capacidad abre la puerta a aplicaciones prácticas que van desde calefacción fuera de la red para acampar hasta calentamiento de agua residencial. Debido a que el material es soluble en agua, podría bombearse a través de colectores solares montados en el techo para cargarlo durante el día y almacenarse en tanques para proporcionar calor durante la noche.

“Con los paneles solares, se necesita un sistema de batería adicional para almacenar la energía”, dijo el coautor Benjamin Baker, estudiante de doctorado en el Laboratorio Han. “Con el almacenamiento de energía solar térmica molecular, el propio material es capaz de almacenar esa energía de la luz solar”.

Cita
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El estudio Molecular solar thermal energy storage in Dewar pyrimidone beyond 1.6 MJ/kg (Almacenamiento de energía solar térmica molecular en pirimidona Dewar superior a 1,6 MJ/kg) fue publicado en la revista Science. Autores: Han P. Q. Nguyen, Alexander J. Maertens, Benjamin A. Baker, Nathan M.-W. Wu, Zihao Ye, Qingyang Zhou, Qianfeng Qiu, Navneet Kaur, David B. Berkinsky, Katherine E. Shulenberger, K. N. Houk & Grace G. D. Han.

Financiación
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La investigación contó con el apoyo de la Moore Inventor Fellowship, que Han recibió en 2025 para continuar con el desarrollo de estas “baterías solares recargables”.

El artículo UCSB scientists bottle the sun with liquid battery, con la firma de Seren Snow fue publicado en la sección de noticias de la Universidad de California Santa Bárbara