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新晶体材料可以储存太阳能达数月 可用于汽车挡风玻璃

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58京牌 为了应对气候变化,从化石燃料向可再生能源转变,开发获取和储存能源的新方法变得日益重要。,兰开斯特大学(Lancaster University)的研究人员发现,一种晶体材料具有捕获太阳能的特性,并可在室温下将能量储存数月,再根据需要释放热量。

(图片来源:兰开斯特大学)

随着进一步的发展,这类材料将具有可观的应用潜力,比如在夏季捕获太阳能,并将其储存起来,以供冬季使用。对于诸如偏远地区或离网系统中的供暖系统,或作为家庭和办公室的环保型补充供暖,这将非常有价值。它还有可能被制成一种薄薄的涂层,应用于汽车的挡风玻璃或建筑物表面上,在寒冷的冬日清晨,利用所储存的热量来给玻璃除冰。

该材料基于一种“金属有机骨架”(MOF),由碳基分子连接的金属离子网络组成,形成三维结构。MOF材料的一个关键特性在于多孔性,因此,可以通过在其结构中容纳其他小分子而形成复合材料。

兰开斯特研究小组着手研究一种MOF复合材料是否可以用于储能(该材料此前由日本京都大学的另一个独立研究小组制备,名为“ DMOF1”),相关研究尚属首次。这些MOF材料的孔中充满了偶氮苯分子,这是一种可以大量吸收光的化合物。这些分子就像一种“机器”,在受到外部刺激(如光或热)时,可以改变形状。

在测试中,研究人员将材料暴露在紫外光下,使偶氮苯分子改变形状,在MOF孔内形成一种张力结构。通过这一过程储存能量的方式,有点类似于利用弯曲弹簧的势能。重要的是,狭窄的MOF孔隙将偶氮苯分子困在其应变形状中,因此可以在室温下长期储存能量。当施加外部热量触发其“切换”状态时,能量会再次释放出来,而且释放速度非常快,有点像直线弹回的弹簧,由此提升热量,用于加热设备的其他材料。

进一步测试显示,这种材料可以将能量储存至少4个月,为跨季节储能提供了可能性。这一发现令人兴奋,因为许多光敏材料在数小时或几天内就会恢复本来状态。此往对光调控储存太阳能概念的研究,大多要求在液体中进行光调控。MOF复合材料是固体而不是液体燃料,所以其化学性质稳定,易于控制,使开发涂层或独立设备变得更容易。

联合首席研究员Dr. John Griffin博士表示:“这种材料的优点在于能直接捕获‘免费’太阳能,不需要使用可移动的或电子部件,因此在储存和释放太阳能时不会产生损耗。希望随着进一步发展,我们能制造出储能更高的材料。”

这些发现开辟了新的研究途径,利用光调控概念,可以进一步了解哪些多孔材料具有良好的储能性能。联合研究员Nathan Halcovitch博士表示:“通过我们的研究,可以看到有很多优化材料的方法,或者改变光调控本身,或者改变多孔基质骨架。”

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