太阳能领域下一个大事件可能要转入微观世界了。研究人员发现，若能搞定“光电开关”在材料上的突破，使其具备电池功能，就可根据需求实现能量的吸收与释放。
麻省理工学院和哈佛大学的研究人员设计了一种在分子中存储太阳能的方法――利用该方法可以向家庭供暖、供水，或用于烹饪。
值得赞赏的是，分子能永久性的储存热量，或无休止地重复使用，而且不会排放温室气体。尽管研究人员还有所保守，但他们已经在实验室中成功演示了被称为光电开关现象的可行性。
麻省理工学院的研究人员在《自然-化学》杂志上发表的论文中叙述道：“被称为光电开关的一些分子可以呈现出两种不同形状（它们刚好处在一个铰链的中间位置上），当其暴露在阳光下的时候，这些分子开始吸收能量，进而从一个配置状态跳转到另一个形态，然后会稳定很长一段时间。”
如果想要将能量释放出来，你只需将分子暴露在少量的光线、热能或电能下，当它们转回到另一种形状时便会发出热量。研究人员称：“实际上，它们的行为就类似可供充电的热电池组，从太阳中吸取能量，无限期地将其存储起来，然后根据需要将能量再释放出来。”
研究人员使用了一种具有光电开关效应的偶氮苯物质，将分子附着在由碳纳米管制成的基板上。这项工作具有一定的挑战性：研究人员要将这些分子紧密地压实在一起，才能获得足够的能量密度，以期产生可用的热量（在早期计算机仿真实验中，由于放置的分子数量太少，甚至连所需的一半都没达到，试验往往都以失败告终）。
当能量密度达到预计增长的30%后，情况发生了逆转。研究人员发现，问题的关键并非是要让偶氮苯分子压实在单个碳纳米管上，而是各个纳米管要紧密地靠在一起。这是因为偶氮苯分子会在碳纳米管上形成“牙齿”链，而这些牙齿链会与相邻的碳纳米管发生咬扣联结。其结果是，所需能量的存储是巨大的。
据研究人员介绍，这意味着具有光电开关效应的分子与基质的不同组合可以达到相同的或更大的能量储存能力。
如果这项技术能够得以商业化，分子太阳能存储工作将会如何展开呢?该论文的第一作者蒂摩西·库哈尔斯基（Timothy Kucharski）认为，最有可能的存储方式应该是液态形式，因为这便于运输。“也可能通过改变物料的流动性，从储罐的某个窗口或透明管道让液体暴露在太阳光下，然后输送到另一座储罐。这样一来，即使阳光不灿烂也无关紧要，所储备的带电材料能随时派上用场。”
库哈尔斯基说：“对于那些利用太阳能做饭的人来说，他们需要在白天将太阳能设备置于太阳的照射下，而我们的这个应用程序则是一个纯粹的重力驱动过程，材料从一座储罐流到另一个储罐。通过限制流量便可以保证暴露在太阳下的时间足够长，使材料获得完全充电。做晚饭时，太阳已经下山了，而我们可以逆向倒罐，靠重力驱动，让吸收过能量的材料产生热能供我们烹饪之用。”
他补充道：“当材料回流到原来的储罐时，它要经过太阳能催化固定膜――这个固定膜能触发能量释放过程，进而达到加热烹饪设备表面的目的。”
库哈尔斯基表示，他们的研究团队正在探索其他具有光电开关效应的分子和基质，目的是设计出一个既能吸收更多太阳能量、同时还能形成规模的系统。
资料来源The Atlantic
责任编辑 则 鸣