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新型固态储能材料 有望让我们穿上“阳光”外衣
发布:kittyll   时间:2016/2/2 17:02:23   阅读:1627 
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想象你身上的衣服能够释放足够的热量保持温暖,即便身处寒冷的环境,你也能更改衣服上的恒温设置保证体温。或者,想象一种可储存太阳能的汽车挡风玻璃,能在瞬间释放一股热流,融化冰层。

太阳能是可再生能源。如果将太阳在白天释放的能量收集起来,用于夜间或阴天供能,就可以更大程度地利用太阳能。现有方法大多将太阳能以电能的形式储存和转换,效率较低。新发现将通过化学反应实现太阳能的高效存储,并在需要时以热能释放。

该方法由美国麻省理工大学教授Jeffrey Grossman、博士后David Zhitomirsky和本科生Eugene Cho研究成功,相关论文发已表于《Advanced Energy Materials》杂志上。

据该团队介绍,长时间、稳定地储存太阳能的关键在于——以化学变化的形式储存,而非储存能量本身。但是,即便是接近完美的绝热系统,能量随时间耗散仍旧不可避免。化学存储系统的好处在于,将能量储存在稳定的分子结构之中,直至在热(或光、电)激发下释放。

同分异构分子
 
实现化学存储系统的前提是,分子能以两种构型稳定存在。当分子置于日光之下,光能像是给分子“充电”,将其转变为具有较高能量的构型,并保持较长时间,而一旦分子处于特定温度或受特定激励,分子将变回原来的构型,并释放能量。
 
基于该化学变化的储能材料被称为太阳热能燃料(STF:solar thermal fuels),前人早有研究,包括Grossman及其团队。然而,已有方法仅能用于液体环境下的分子构型变化,并不适用于固体材料,也无法制备出稳定的固体薄膜。Zhitomirsky解释道:“新方法突破了对固态材料的限制,包括高分子等廉价、易于加工的材料均可能用于太阳能存储。”
 
“制备新材料仅需两步,简单且易实现大规模生产。”Cho解释道,“通常而言,储能材料为薄膜状,并由玻璃、甚至纤维等多种材料合成。”
 
研究人员从偶氮化合物入手,寻找高效储能的薄膜材料。偶氮化合物在光的作用下可发生异构变化,研究者对其稍加改性,使其在储能过程中,可形成平滑整齐的层状,同时对能量激发源有着较好的响应。
 
车窗玻璃除冰
 
”我们得到的储能材料高度透明,可用于为汽车的挡风玻璃除冰。“Grossman解释道:“现有的除冰方法是在车窗上安装加热电线,而电线将阻挡驾驶视线。若利用透明的偶氮化合物薄膜,将其夹在两层玻璃之间,并选用适当的黏合剂进行连接,同样可实现除冰功能,类似技术还能防止挡风玻璃破碎后的飞溅。”目前,德国宝马公司已赞助该项研究,并十分期待后续的应用。
 

新型车窗玻璃将能量储存于组成夹层的高分子中,仅释放一小部分能量便能实现除冰。实验表明,并不需要提供足够热量使玻璃上的冰全部融化,仅需少量热能,使与玻璃表面接触的冰融化,形成水层,剩余的冰便可在重力作用下滑落或被雨刷清理。

目前,该薄膜呈浅黄色,且可释放的比周围环境高10摄氏度的能量。研究者们正不断改善其性能,包括提高透明度、将能量温差提高至20摄氏度。

化学存储系统对于电动汽车尤为重要。通常而言,冬季一辆电动汽车30%的电能将用于加热除冰,这将大大降低车辆行驶里程。

多伦多大学的Sargent教授对该研究称赞不已,他说道:”无论从理论还是实际应用来看,该成果是固态储能材料领域的一项创举,应用前景十分广泛。“
 
译自:energyharvestingjournal
来源:材料与测试
译者:Kate0609
 
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