美開(kāi)發(fā)出能按需儲存和釋放太陽(yáng)熱能的新材料

　　據美國《連線(xiàn)》雜志報道，日前美國研究人員開(kāi)發(fā)出一種新材料，能夠按需儲存和釋放熱能。以這種材料制成的儲熱設備不但能量存儲密度大，還具有成本低、運輸方便、儲能時(shí)間長(cháng)的特點(diǎn)，有望開(kāi)創(chuàng )一種捕獲和存儲太陽(yáng)能的全新方式。相關(guān)論文發(fā)表在《納米快報》雜志上。

　　自20世紀70年代以來(lái)，科學(xué)家們就在尋找一種能以化學(xué)形式儲存太陽(yáng)能而非將其轉化為電能的材料。但相關(guān)研究直到近年才取得了一些進(jìn)展：2010年，美國麻省理工學(xué)院的杰弗里·格羅斯曼揭示了二釕富瓦烯的獨特性質(zhì)，并提出了液態(tài)儲熱材料設想。

　　二釕富瓦烯分子在被陽(yáng)光照射時(shí)，內部結構會(huì )發(fā)生改變并將能量存儲起來(lái)，形成一種亞穩定結構。當需要時(shí)，這些熱量又能在特定催化劑的作用下被釋放出來(lái)，同時(shí)其分子也會(huì )恢復為放熱前的形態(tài)。這一過(guò)程可以不斷重復。通過(guò)這種方法可在甲地存儲熱量，乙地釋放熱量;也可以用產(chǎn)生的熱量驅動(dòng)蒸汽發(fā)電機發(fā)電。

　　但這種材料的缺點(diǎn)在于，所含的釕元素稀有且昂貴，且由其制成的儲熱設備在能量密度上還不及傳統鋰離子電池。這使這項技術(shù)一直無(wú)法獲得大規模應用。

　　日前，格羅斯曼和他的同事艾拉克斯·庫帕克借助碳納米管對這一技術(shù)進(jìn)行了完善，制造出了一種可取代二釕富瓦烯的新材料。這種材料由偶氮苯和碳納米管組成，除了具備二釕富瓦烯的優(yōu)點(diǎn)外，還有價(jià)格低廉、熱穩定性好的特點(diǎn)，在能量密度上更是超過(guò)了鋰離子電池。

　　研究人員將偶氮苯分子“捆綁”在碳納米管上，形成一種碳納米管化合物，實(shí)驗顯示該材料的能量差(基能態(tài)到高能態(tài)之間的差值)和活化能(分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應的活躍狀態(tài)所需要的能量)都較為理想。實(shí)驗顯示，新材料在能量密度上可達690瓦小時(shí)/升，超過(guò)了傳統鋰離子電池(200—600瓦小時(shí)/升)，相對于僅采用偶氮苯的能量密度(90瓦小時(shí)/升)，也獲得了極大的提升。

　　格羅斯曼說(shuō)：“這種材料非常有效，便宜卻仍具有較高的能量密度，其優(yōu)勢在于將能量捕獲和存儲集成到了一個(gè)步驟當中，用一種材料就能同時(shí)完成轉化和存儲兩項任務(wù)。其缺點(diǎn)是只能提供熱能而非電能，但這可以通過(guò)熱電裝置或蒸汽發(fā)電機來(lái)彌補。”

　　北卡羅來(lái)納大學(xué)化學(xué)系助理教授金井洋介說(shuō)，通過(guò)化學(xué)鍵來(lái)實(shí)現太陽(yáng)能可逆存儲近年來(lái)廣受關(guān)注。新研究的創(chuàng )新之處在于，它創(chuàng )建了可以用碳納米管來(lái)制造這種材料的納米模板，這為今后采用其他材料進(jìn)行類(lèi)似的研究鋪平了道路。