افزایش کارآیی انرژی خورشیدی با کمک برگ‌های مصنوعی

هنگامی که برگ مصنوعی در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، نانولوله‌ها به صورت موضعی گرم می‌شوند و به انقباض پلیمر می‌انجامند. مناطقی که در معرض نور مستقیم خورشید قرار نمی‌گیرند، به صورت منبسط‌شده باقی می‌مانند و همین امر موجب می‌شود که برگ به سمت منبع نور خم شود.

این فرآیند به طور موثر برگ را بدون نیاز به موتور یا تجهیزات دیگر رو به منبع نور نگه می‌دارد. به گفته پژوهشگران، این مکانیسم مشابه نحوه ردیابی خورشید توسط گیاهان به ویژه گیاهان آبی مانند «میکرانتموم گلومراتوم»(Micranthemum glomeratum) است.

پژوهشگران در این پروژه نشان دادند که برگ جدید یک پیشرفت قابل توجه نسبت به سیستم‌های معمولی است. به عنوان مثال، آنها دریافتند که در یک زاویه تابش ۴۵ درجه نسبت به نور، راندمان تقسیم آب دستگاه تا ۴۷ درصد بالاتر از جایگزین‌های ثابت است. اگر نور در زاویه ۹۰ درجه به برگ برخورد کند، سیستم ردیابی تا ۸۶۶ درصد بالاتر سوخت هیدروژن و اکسیژن تولید می‌کند.

این برگ با استفاده از یک روش ساخت جدید برای رسوب مواد فوتواکتیو روی پلاستیک سبک‌وزن به جای شیشه ایجاد شد. همچنین، پژوهشگران یک ماکت مصنوعی را از سیتوپلاسم سلول گیاهی با استفاده از پوشش‌های هیدروژل ایجاد کردند.

این پوشش، نفوذپذیر است و به آب اجازه می‌دهد تا به سیستم وارد شود و گازهای اضافی را از سیستم خارج کند. دستگاه فوتوآند برگ که مسئول تقسیم آب است، پس از ۶۵ ساعت کار مداوم توانست ۷۳ درصد از فعالیت خود را حفظ کند.

این برگ مصنوعی در زیر آب نیز به خوبی کار می‌کند. محیط زیر آب، محیطی است که صفحات خورشیدی سنتی و سایر برگ‌های مصنوعی اغلب در آن با مشکل روبه‌رو می‌شوند.

به گفته پژوهشگران، برگ جدید آنها تولید پایدار هیدروژن و اکسیژن را از طریق تقسیم کامل آب نشان می‌دهد.

این پژوهش در مجله «Advanced Functional Materials» به چاپ رسید.