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新材料可將太陽能儲存數(shù)月甚至數(shù)年

科技日報發(fā)布時間:2020-12-22 08:48:52

如果人類想在利用可再生能源方面做得更好,科學家們就必須在尋找有效的能量存儲方式上更加努力。據(jù)最新一期《材料化學》雜志報道,英國科學家已經(jīng)確定了一種可將太陽能存儲數(shù)月乃至數(shù)年的特殊材料——金屬有機框架(MOF)材料。

英國蘭開斯特大學研究人員表示,這種材料的功能有點像用于暖手器供熱的相變材料。但是,MOF的好處是它可以直接從太陽中捕獲免費能源。

在MOF中,碳基分子通過連接金屬離子形成結(jié)構(gòu)。至關(guān)重要的是,MOF是多孔的,因此它們可與其他小分子形成復(fù)合材料。通過添加吸收光的化合物偶氮苯分子,最終形成的復(fù)合材料能在室溫下將吸收的紫外線能量儲存至少四個月,然后再釋放出來。這是對目前大多數(shù)光響應(yīng)材料所實現(xiàn)的能存儲幾天或幾周能量的重大突破。

偶氮苯作為光開關(guān)——一種分子機器,可對外部刺激(例如光或熱)作出響應(yīng)。在紫外線的作用下,分子在MOF孔框架中停留的同時改變形狀,有效地存儲了能量。向復(fù)合MOF材料施加熱量會觸發(fā)能量的快速釋放,該能量本身會散發(fā)出熱量,然后可潛在地用于加熱其他材料或設(shè)備。

研究人員表示,盡管過去的研究也關(guān)注將太陽能存儲在光電開關(guān)中,但通常需要將其保存在液體中。轉(zhuǎn)換為MOF復(fù)合固體意味著該系統(tǒng)更易于裝配且化學穩(wěn)定性也更高。該材料沒有移動或電子部件,因此在存儲和釋放太陽能方面也不會損失。

測試表明該材料一次可以保持數(shù)月的能量,但材料的能量密度卻相對較低。不過,可對本研究中使用的設(shè)置進行調(diào)整來改善結(jié)果。

研究人員稱,盡管該材料仍需做一些改進才能使其在商業(yè)上可行,但最終可用于為汽車擋風玻璃除冰,或為家庭和辦公室提供額外的熱量。像這樣的光電開關(guān)在數(shù)據(jù)存儲和藥物輸送中也有潛在的應(yīng)用。隨著技術(shù)進一步的發(fā)展,有望制造出能夠存儲更多能量的其他材料,從而帶來另一種經(jīng)濟高效且可靠的能量存儲方式。


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