新材料可以将太阳的能量储存数月甚至数年

2020-12-14 21:52:27

如果我们要在利用可再生能源为地球提供动力方面做得更好,那么我们就需要在寻找有效地存储该能量直到需要它之前更好地寻找方法-科学家们已经确定了一种特殊的材料可以为我们提供能量就是这样

这种材料被称为金属有机骨架(MOF),其中基于碳的分子通过连接金属离子形成结构。至关重要的是,MOF是多孔的,因此它们可以与其他小分子形成复合材料。

这就是研究小组在这里所做的,添加了吸收光的化合物偶氮苯的分子。最终的复合材料能够在室温下将紫外线吸收的能量储存至少四个月,然后再释放出来,这是大多数光响应材料可以管理的几天或几周的重大改进。

"该材料的功能有点像相变材料,用于在暖手器中提供热量,"英国兰开斯特大学的材料化学家约翰·格里芬(John Griffin)说。

"然而,虽然需要加热暖手器以给它们充电,但这种材料的好处是它可以直接从太阳中捕获自由能。

偶氮苯作为光开关-一种对外部刺激(例如光或热)作出反应的分子机器。在紫外线的作用下,分子在停留在MOF孔框架中的同时改变形状,有效地存储了能量。

向复合MOF材料施加热量会触发能量的快速释放,该能量本身会散发出热量,然后可以潜在地用于加热其他材料或设备。

尽管该材料仍需要做一些工作才能使其在商业上可行,但最终可用于为汽车挡风玻璃除冰,或为家庭和办公室提供额外的热量,或作为离网地点的热源。像这样的光电开关在数据存储和药物输送中也有应用。

"它也没有移动或电子部件,因此在太阳能的存储和释放方面没有任何损失,"格里芬说。 "希望随着进一步的发展,我们将能够制造其他能存储更多能量的材料。

尽管过去的研究也关注将太阳能存储在光电开关中,但通常需要将其保存在液体中。转换为MOF复合固体意味着该系统更易于容纳并且化学稳定性也更高。

目前,需要做更多的工作才能使这种MOF材料为广泛使用做好准备。虽然测试表明它一次可以保持数月的能量,但材料的能量密度却相对较低,这是研究人员希望改进的领域。

好消息是,可以对本研究中使用的设置进行很多调整和调整,以尝试改善结果–有望带来另一种经济高效且可靠的能量存储方式,我们可以依靠这种方式。

"我们的方法意味着可以通过改变光电开关本身或多孔主体框架来尝试优化这些材料的多种方法,兰开斯特大学的X射线技术人员内森·哈尔科维奇(Nathan Halcovitch)说。