Materiál pro temnou fotokatalýzu. Kredit: Northwestern University/YouTube.

Když je řeč o ukládání energie, lidé si obvykle představí baterie, někdy kondenzátory, možná vodík a milovníci extravagantních technologií i masivní gravitační systémy Výzkumný tým Northwestern University, který vedl Samuel Stupp, vyvinul něco ještě mnohem víc neobvyklého. Jde o žlutou kapalinu, ze které při nabití vznikne černý gel, co v sobě uchová elektrony celé měsíce a v případě potřeby je uvolní pro chemické reakce.

Nová technologie představuje chemický systém inspirovaný buňkami, který ukládá energii ve formě elektronů uvnitř samouspořádané molekulární struktury. Když je uloženou energii potřeba využít, materiál předá elektrony kyslíku, čímž vznikají reaktivní formy kyslíku schopné uskutečňovat oxidační reakce i ve tmě. Tato měkká molekulární platforma vlastně v jediném materiálu spojuje ukládání energie, změnu struktury i katalytickou aktivitu.

Samuel Stupp. Kredit: Northwestern University.

Ve vybitém stavu jde o žlutou kapalinu tvořenou drobnými kulovitými shluky molekul. Po ozáření viditelným světlem, působení elektrického proudu, chemických látek nebo rentgenového záření tyto molekuly přijmou elektrony. To spustí jejich vzájemné skládání a původně neuspořádaná kapalina se přemění na dlouhá vlákna polymeru. Navenek se tato přestavba projeví dramatickou proměnou žluté kapaliny v černý elektricky vodivý hydrogel.

Northwestern University. Kredit: Joshsukoff, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Tato měkká struktura uložený náboj stabilizuje. Za nepřítomnosti kyslíku dokáže hydrogel podle vědců uchovávat energii po celé měsíce. K uvolnění energie stačí přidat kyslík. Ten převezme elektrony uložené v gelu a vytvoří reaktivní formy kyslíku, které pak mohou oxidovat organické látky. Uložená energie se neuvolňuje jako elektrický proud, ale jako chemická redoxní energie.

Vědci tomu říkají temná fotokatalýza (dark photocatalysis). U běžné fotokatalýzy musí být světlo přítomné po celou dobu reakce. V tomto případě lze materiál nejprve nabít světlem nebo jiným zdrojem energie, následně jej uchovávat ve tmě a teprve později využít uloženou energii k chemické reakci, aniž by bylo potřeba další osvětlení.

Autoři tvrdí, že jde o první známý materiál, který ukládá energii tím, že se při nabíjení fyzicky přestaví do nové struktury. V běžných zařízeních zajišťují ukládání a uvolňování energie pevné materiály, například elektrody v bateriích nebo polovodiče v solárních článcích. Nový materiál tyto role propojuje. Zachycuje energii, ukládá elektrony, mění svou strukturu a později využívá uložené elektrony k pohonu chemických reakcí. Cyklus nabití a vybití materiálu je možné mnohokrát opakovat.

Video: Cell-inspired material captures energy and releases it on demand

Literatura

New Atlas 2. 7. 2026.

Chem 12: 103075.