麻省理工的科学家们正在开发一种新型化学复合材料, 它能够吸收来自太阳或其它来源的热能, 将之存储一段时间, 然后在暴露于光的情况下, 以受控的方式将能量释放. 这种相变材料由脂肪酸和有机化合物混制而成, 有望在未来某天为发展中国家的人们储存和提供能源. 这项技术可以运用到类似太阳灶的设备上, 在白天吸收太阳能, 并在夜间释放.
麻省理工博士后GraceHan手持一种可以作为热电池的新型化合物.
科学家和工程师们对相变材料的潜在应用很有兴趣, 当它们从固态变为液态的时候, 可以吸收或释放大量的热能 (反之亦然) . 这项技术能够用于调节建筑的热量, 打造 '热电池' , 甚至在开车上班的路途中让咖啡保持热度.
使用相变材料作为热源的原理很简单, 比如冰块从固态变为液态水的过程中, 就需要吸收一定的热量. 这也是在某个异常温暖的日子, 雪也不会突然融化; 以及为什么放在冰箱里的冰块, 比不锈钢方块更能冷却饮料的原因之一.
与蜡, 脂肪酸, 熔融盐一样, 相变材料的难处在于如何处在一个合理的温度下改变其相位, 长时间保持液态, 以及根据需要来释放热量. 第二种材料需要厚隔离, 第三种则需要可在轻微加热, 或者接触催化剂时释放能量的相变材料.
由麻省理工博士后GraceHan和HuashanLi, 以及JeffreyGrossman教授带领的这项研究, 本质上还是引入了小分子来充当相变转换时的光电触发物 (这里用的是十三脂肪酸, 偶氮苯掺杂剂和十三酯组成的混合物) .
这种形式的化学能可以维持很长一段时间, 直到其被光触发激活.
这种混合材料可在被加热时液化, 但当暴露于紫外线之下的时候, 即使冷却下来, 它依然可以是液态. 这意味着大部分热量都在锁在了这种化合物中 (每克约200焦耳) , 这对有机相变材料来说已经很不错了.
而用另一束光, 又可以触发脂肪酸和相变材料的固化并释放能量. 研究人员称, 这种特性, 让它很适合作为一种按需释放热量的 '化学热电池' , 能够将热量储存10个小时以上, 而且还有改进的空间.
目前, 麻省理工的这种相变材料还处于概念验证阶段, 但它已经能够应对10℃ (18℉) 的温度变化. 其不仅能够在太阳能炊具中发挥作用, 也能够用于干燥谷物, 或回收工厂或车辆的废热, 以供后续使用.
有关这项研究的详情, 已经发表在近日出版的《自然通讯》 (NatureCommunications) 期刊上.
