導讀：最近，麻省理工學院的研究人員開發(fā)出一種新型化學合成物，它有望成為一種替代品，用于在熱電池中，存儲來自日間的太陽或者其他資源的能量。它按需釋放熱量，比如用于烹飪或者夜間取暖。
背景
在大部分發(fā)展中國家中，日間太陽的熱量充沛，然而大多數(shù)的烹飪工作卻發(fā)生在落日的傍晚，使用木材、樹叢、糞便等燃料，需要花費大量的時間與精力。
然而，目前儲熱使用的一般性方法就是使用相變材料（PCM），輸入的熱量會熔化材料和使其發(fā)生相變，例如從固態(tài)到液態(tài)，存儲能量。當PCM冷卻到其熔點之下時，它又會變?yōu)楣腆w，這個時候存儲的能量又會以熱量的形式釋放出來。關(guān)于這些材料，有許多例子，例如低溫應(yīng)用所使用的蠟或脂肪酸，高溫所用的熔融鹽。但是，現(xiàn)在所有的PCM需要大量的隔熱材料，而且改變相位時的溫度變化不受控制，存儲的熱量損失的非?？?。
創(chuàng)新
現(xiàn)在，麻省理工學院（MIT）的研究人員開發(fā)出一種新型化學合成物，它有望成為一種替代品，用于在熱電池中，存儲來自日間的太陽或者其他資源的能量。它按需釋放熱量，比如用于烹飪或者夜間取暖。
MIT的博士后 Grace Han 、Huashan Li 以及教授 Jeffrey Grossman 探索出這項新的發(fā)現(xiàn)，并且《自然通信》（Nature Communications）雜志上發(fā)表。
技術(shù)
該新系統(tǒng)使用了在光線下改變形狀的分子開關(guān)。這種分子開關(guān)集成到PCM中時，該雜化材料的相變溫度可通過光線來調(diào)整，即使在原始材料的熔點之下時，相變的熱能也可以保持得住。
Grossman 解釋說：“熱能的麻煩是它難以控制”。因此，他的團隊開發(fā)了傳統(tǒng)相變材料的基本“附加組件”，或者說，“當光線照射時，結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變的小分子。”這一方法找到了一條途徑，它將這些分子集成到傳統(tǒng)的PCM材料中，按需釋放熱量。他說，“對于這種方法來說，會有許多的應(yīng)用，能讓你以一種按需觸發(fā)的方式存儲熱量。”
研究人員通過將脂肪酸與對于光線會作出響應(yīng)的有機化合物相結(jié)合，實現(xiàn)這個方案。通過這種排列，光敏成分改變了其他成分的熱特性，這些成分用于存儲和釋放能量。即使在溫度降下來后，這種雜化材料仍然可以熔化。隨后，當被另外一束光脈沖觸發(fā)時，材料重新固化，重新釋放出熱相變能量。
價值
該校環(huán)境系統(tǒng)專業(yè)以及材料科學和工程系教授 Grossman 表示：“通過將光線激活的分子集成到傳統(tǒng)的潛熱圖片中，我們添加了一種新的控制，用于調(diào)整熔化、固化和過冷等特性。”
系統(tǒng)可以使用任何熱源，不僅是太陽能。Han 表示：“廢熱可用性非常廣泛，從工業(yè)處理到太陽能，甚至是來自汽車的熱量，而這些熱量通常都會被浪費掉。”
利用這些廢熱為熱量的回收利用提供了一條途徑。Han 解釋說：“我們所做的是安裝一個新的能壘，所以存儲的熱量不會被立即釋放掉。”
在它的化學存儲形式下，能量會保持很長時間，直到光學觸發(fā)被激活。在初始的小規(guī)模實驗室版本中，研究人員展示了存儲的熱量保持穩(wěn)定至少可達10小時。然而，一種類似尺寸的設(shè)備直接存儲的熱能會在幾分鐘內(nèi)釋放出來。Han 補充說：“對于它為什么不能被調(diào)得更高，根本原因目前尚不明確。”
在初始的概念驗證版的系統(tǒng)中，Grossman 表示：“對于這種材料，我們可以達到的溫度變化或者過冷可以達10攝氏度，我們希望可以更高。”目前，在這個版本中，“能量密度相當高，即使我們使用的是傳統(tǒng)相變材料。”這種材料每克可以存儲200焦耳的熱量。她表示：“這對于任何有機相變材料來說都非常好，人們已經(jīng)對于在印度農(nóng)村使用它做飯表示出了極大興趣。”該系統(tǒng)也可以用于農(nóng)作物的干燥處理或者空間加熱。Grossma 表示：
“我們對于這項研究的興趣在于進行概念驗證，但是我們相信使用這種光敏材料，提高相變材料的儲能特性具有相當大的潛力。”
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