美開發(fā)出能按需儲存和釋放太陽熱能的新材料

　　據(jù)美國《連線》雜志報道，日前美國研究人員開發(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、儲能時間長的特點，有望開創(chuàng)一種捕獲和存儲太陽能的全新方式。相關論文發(fā)表在《納米快報》雜志上。

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

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

　　但這種材料的缺點在于，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(tǒng)鋰離子電池。這使這項技術一直無法獲得大規(guī)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進行了完善，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)點外，還有價格低廉、熱穩(wěn)定性好的特點，在能量密度上更是超過了鋰離子電池。

　　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)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量)都較為理想。實驗顯示，新材料在能量密度上可達690瓦小時/升，超過了傳統(tǒng)鋰離子電池(200—600瓦小時/升)，相對于僅采用偶氮苯的能量密度(90瓦小時/升)，也獲得了極大的提升。

　　格羅斯曼說：“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步驟當中，用一種材料就能同時完成轉化和存儲兩項任務。其缺點是只能提供熱能而非電能，但這可以通過熱電裝置或蒸汽發(fā)電機來彌補。”

　　北卡羅來納大學化學系助理教授金井洋介說，通過化學鍵來實現(xiàn)太陽能可逆存儲近年來廣受關注。新研究的創(chuàng)新之處在于，它創(chuàng)建了可以用碳納米管來制造這種材料的納米模板，這為今后采用其他材料進行類似的研究鋪平了道路。