從20世紀(jì)70年代開始，化學(xué)家們就一直在研究如何將太陽能儲(chǔ)存在遇光會(huì)改變狀態(tài)的分子當(dāng)中。光敏分子是理想的太陽能燃料。這種燃料應(yīng)該是可傳輸、便宜且可再充電的。遺憾的是，多年來，科學(xué)家們并沒有取得多大進(jìn)展。
麻省理工學(xué)院研究人員AlexieKolpak和JeffreyGrossman發(fā)現(xiàn)了一種新型太陽能熱燃——偶氮苯。它經(jīng)濟(jì)、可再充電、發(fā)熱穩(wěn)定，比鋰電池的能量密度高。他們的設(shè)計(jì)將有機(jī)光伏分子偶氮苯和碳納米管結(jié)合起來。
在了解其設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)之前，首先讓我們快速了解一下光伏分子儲(chǔ)存太陽能的原理。當(dāng)光伏分子吸收太陽光時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化，從一般狀態(tài)變?yōu)楦吣芰繝顟B(tài)。更高能量狀態(tài)具有亞穩(wěn)定性，電壓、熱、光等許多因素都能引發(fā)它的變化，回來原來的狀態(tài)。這樣，高能量狀態(tài)和一般能量狀態(tài)之間的能量差就釋放出來。一些可利用的光伏分子能夠經(jīng)歷幾輪能量的充放。
制作太陽能熱燃料的難點(diǎn)在于找到既具有高能量差又具有大活化能的材料。這兩個(gè)要素一般來說無法兼容。如果擁有高能量差，更高能量狀態(tài)的就會(huì)非常不穩(wěn)定。不穩(wěn)定表示燃料的活化能小，極易將儲(chǔ)存能量釋放出去。
Kolpak和Grossman在觀察偶氮苯/碳納米管結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模型時(shí)，成功地在能量差和活化能直接找到平衡。他們的計(jì)算表明，將偶氮苯放置在碳納米管上能夠穩(wěn)定分子的兩種狀態(tài)。同時(shí)，它還具有非常高的能量差。穩(wěn)定了高能量狀態(tài)之后，更高的活化能也延長(zhǎng)了材料壽命。
從能量?jī)?chǔ)存上看，偶氮苯/碳納米棒結(jié)構(gòu)勝過了鋰電池。Kolpak和Grossman計(jì)算出偶氮苯/碳納米棒系統(tǒng)大概擁有每升690瓦時(shí)的體積能量密度；而鋰電池的只有每升200到600瓦時(shí)。而偶氮苯本身的體積能量密度只有每升90瓦時(shí)。
Kolpak和Grossman的偶氮苯/碳納米棒系統(tǒng)可以用在其他光伏分子的使用上，因?yàn)槭状握故玖送ㄟ^碳納米棒提高了能量?jī)?chǔ)存性能的方法。這大概就是他們研究的最大貢獻(xiàn)之處。
然而，這項(xiàng)研究也有潛在的不足。這個(gè)不足不僅僅在于它還止步于模型研究，并沒實(shí)物證據(jù)。更重要的是，這種偶氮苯/碳納米棒系統(tǒng)只能釋放熱能。如果你需要用它來給電氣設(shè)備充電，你必須將熱能轉(zhuǎn)化為電能。在這個(gè)能源轉(zhuǎn)化的過程將又會(huì)造成損失。
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