一種存儲熱能的新方法：可按需釋放熱量！

導讀

最近，麻省理工學院的研究人員開發出一種新型化學合成物，它有望成為一種替代品，用於在熱電池中，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，比如用於烹飪或者夜間取暖。

關鍵字

熱量、材料、能源

背景

在大部分發展中國家中，日間太陽的熱量充沛，然而大多數的烹飪工作卻發生在落日的傍晚，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生相變，例如從固態到液態，存儲能量。當PCM冷卻到其熔點之下時，它又會變為固體，這個時候存儲的能量又會以熱量的形式釋放出來。關於這些材料，有許多例子，例如低溫應用所使用的蠟或脂肪酸，高溫所用的熔融鹽。但是，現在所有的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常快。

創新

現在，麻省理工學院（MIT）的研究人員開發出一種新型化學合成物，它有望成為一種替代品，用於在熱電池中，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，比如用於烹飪或者夜間取暖。

（圖片來源：Melanie Gonick/MIT）

MIT的博士後 Grace Han 、Huashan Li 以及教授 Jeffrey Grossman 探索出這項新的發現，並且在本周的《自然通信》（Nature Communications）雜誌上發表。

技術

該新系統使用了在光線下改變形狀的分子開關。這種分子開關集成到PCM中時，該雜化材料的相變溫度可通過光線來調整，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。

（圖片來源：Melanie Gonick/MIT）

Grossman
解釋說：「熱能的麻煩是它難以控制」。因此，他的團隊開發了傳統相變材料的基本「附加組件」，或者說，「當光線照射時，結構會發生改變的小分子。」這一方法找到了一條途徑，它將這些分子集成到傳統的PCM材料中，按需釋放熱量。他說，「對於這種方法來說，會有許多的應用，能讓你以一種按需觸發的方式存儲熱量。」

研究人員通過將脂肪酸與對於光線會作出響應的有機化合物相結合，實現這個方案。通過這種排列，光敏成分改變了其他成分的熱特性，這些成分用於存儲和釋放能量。即使在溫度降下來後，這種雜化材料仍然可以熔化。隨後，當被另外一束光脈衝觸發時，材料重新固化，重新釋放出熱相變能量。

（圖片來源：MIT Grossman 小組）

價值

該校環境系統專業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的潛熱圖片中，我們添加了一種新的控制，用於調整熔化、固化和過冷等特性。」

系統可以使用任何熱源，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，直到光學觸發被激活。在初始的小規模實驗室版本中，研究人員展示了存儲的熱量保持穩定至少可達10小時。然而，一種類似尺寸的設備直接存儲的熱能會在幾分鐘內釋放出來。Han 補充說：

「對於它為什麼不能被調得更高，根本原因目前尚不明確。」

在初始的概念驗證版的系統中，Grossman
表示：「對於這種材料，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：「這對於任何有機相變材料來說都非常好，人們已經對於在印度農村使用它做飯表示出了極大興趣。」該系統也可以用於農作物的乾燥處理或者空間加熱。Grossma 表示：

「我們對於這項研究的興趣在於進行概念驗證，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。」

參考資料

【1】http://news.mit.edu/2017/new-way-store-thermal-energy-1117

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