麻省理工的科學家們正在開發一種新型化學複合材料, 它能夠吸收來自太陽或其它來源的熱能, 將之存儲一段時間, 然後在暴露於光的情況下, 以受控的方式將能量釋放. 這種相變材料由脂肪酸和有機化合物混制而成, 有望在未來某天為發展中國家的人們儲存和提供能源. 這項技術可以運用到類似太陽灶的設備上, 在白天吸收太陽能, 並在夜間釋放.
麻省理工博士後GraceHan手持一種可以作為熱電池的新型化合物.
科學家和工程師們對相變材料的潛在應用很有興趣, 當它們從固態變為液態的時候, 可以吸收或釋放大量的熱能 (反之亦然) . 這項技術能夠用於調節建築的熱量, 打造 '熱電池' , 甚至在開車上班的路途中讓咖啡保持熱度.
使用相變材料作為熱源的原理很簡單, 比如冰塊從固態變為液態水的過程中, 就需要吸收一定的熱量. 這也是在某個異常溫暖的日子, 雪也不會突然融化; 以及為什麼放在冰箱裡的冰塊, 比不鏽鋼方塊更能冷卻飲料的原因之一.
與蠟, 脂肪酸, 熔融鹽一樣, 相變材料的難處在於如何處在一個合理的溫度下改變其相位, 長時間保持液態, 以及根據需要來釋放熱量. 第二種材料需要厚隔離, 第三種則需要可在輕微加熱, 或者接觸催化劑時釋放能量的相變材料.
由麻省理工博士後GraceHan和HuashanLi, 以及JeffreyGrossman教授帶領的這項研究, 本質上還是引入了小分子來充當相變轉換時的光電觸發物 (這裡用的是十三脂肪酸, 偶氮苯摻雜劑和十三酯組成的混合物) .
這種形式的化學能可以維持很長一段時間, 直到其被光觸發激活.
這種混合材料可在被加熱時液化, 但當暴露於紫外線之下的時候, 即使冷卻下來, 它依然可以是液態. 這意味著大部分熱量都在鎖在了這種化合物中 (每克約200焦耳) , 這對有機相變材料來說已經很不錯了.
而用另一束光, 又可以觸發脂肪酸和相變材料的固化並釋放能量. 研究人員稱, 這種特性, 讓它很適合作為一種按需釋放熱量的 '化學熱電池' , 能夠將熱量儲存10個小時以上, 而且還有改進的空間.
目前, 麻省理工的這種相變材料還處於概念驗證階段, 但它已經能夠應對10℃ (18℉) 的溫度變化. 其不僅能夠在太陽能炊具中發揮作用, 也能夠用於乾燥穀物, 或回收工廠或車輛的廢熱, 以供後續使用.
有關這項研究的詳情, 已經發表在近日出版的《自然通訊》 (NatureCommunications) 期刊上.
