分子太陽(yáng)能熱能儲(chǔ)存系統(tǒng) (MOST)，可儲(chǔ)存太陽(yáng)能長(zhǎng)達(dá) 18 年

這項(xiàng)由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的研究可能會(huì)根據(jù)需要使用儲(chǔ)存的太陽(yáng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)自充電電子設(shè)備。查爾默斯化學(xué)與化學(xué)工程系教授 Kasper Moth-Poulsen 分享了這項(xiàng)研究。

隨著人口和財(cái)富的增加，全球能源需求繼續(xù)增長(zhǎng)。不幸的是，傳統(tǒng)的化石燃料是有限的，并且沒(méi)有廣泛分布在我們的星球上。與此同時(shí)，燃燒化石燃料已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境和健康影響，包括全球變暖和空氣污染。

太陽(yáng)能是地球上最豐富的可再生能源之一。此前估計(jì)，每年地球表面對(duì)入射光子的吸收和散射約為每年世界一次能源消耗的 7000-8000 倍。因此，太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展可以潛在地緩解世界日益增長(zhǎng)的能源壓力。

在各種基于太陽(yáng)能的技術(shù)中，一個(gè)較少被發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)，稱(chēng)為分子太陽(yáng)能熱能儲(chǔ)存系統(tǒng) (MOST)，具有可再生和無(wú)排放能源生產(chǎn)的潛力。該系統(tǒng)是一個(gè)基于特殊設(shè)計(jì)的不含重金屬的有機(jī)光開(kāi)關(guān)分子的封閉能量系統(tǒng)。當(dāng)這種材料暴露在陽(yáng)光下時(shí)，它會(huì)改變形狀，變成一種富含能量的異構(gòu)體——一種由相同原子組成但以不同方式排列在一起的分子。然后可以?xún)?chǔ)存異構(gòu)體以備后用。

為了按需釋放儲(chǔ)存的能量，固定床催化劑可以將儲(chǔ)存的能量作為潛熱觸發(fā)，同時(shí)將分子恢復(fù)到原來(lái)的形狀，因此可以作為太陽(yáng)能加熱電池重復(fù)使用（圖 1）。理想情況下，我們估計(jì)多達(dá) 21% 的入射陽(yáng)光可以存儲(chǔ)在這樣的系統(tǒng)中。最近，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，現(xiàn)在可以將能量?jī)?chǔ)存長(zhǎng)達(dá) 18 年。

圖1

除了儲(chǔ)存太陽(yáng)能用于加熱之外，人們還可以將儲(chǔ)存的太陽(yáng)能用于發(fā)電。我們與中國(guó)上海的研究人員合作在 Cell Reports Physical Science 上發(fā)表的新研究將太陽(yáng)能系統(tǒng)更進(jìn)一步，詳細(xì)說(shuō)明了如何將其與緊湊的微米級(jí)熱電發(fā)電機(jī)相結(jié)合，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能（圖 2）。

圖2

從本質(zhì)上講，瑞典的陽(yáng)光最初被儲(chǔ)存在我們專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的分子中，并被送到世界的另一端。然后將這些帶電材料放在熱電發(fā)電機(jī)上，并在中國(guó)成功發(fā)電。

該研究在早期階段提出時(shí)已經(jīng)引起了全世界的極大興趣。進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，這是一種非常緊湊的本地太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)，其運(yùn)行方式與傳統(tǒng)的光伏電池存儲(chǔ)組合完全不同。特別是，它可以在幾個(gè)月內(nèi)在半個(gè)地球上充電和放電。

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