黑暗中也能獲取太陽能

張長青/編譯

●太陽能領(lǐng)域下一個大事件可能要轉(zhuǎn)入微觀世界了。研究人員發(fā)現(xiàn)，若能搞定“光電開關(guān)”在材料上的突破，使其具備電池功能，就可根據(jù)需求實現(xiàn)能量的吸收與釋放。

麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的研究人員設(shè)計了一種在分子中存儲太陽能的方法——利用該方法可以向家庭供暖、供水，或用于烹飪。

值得贊賞的是，分子能永久性的儲存熱量，或無休止地重復(fù)使用，而且不會排放溫室氣體。盡管研究人員還有所保守，但他們已經(jīng)在實驗室中成功演示了被稱為光電開關(guān)現(xiàn)象的可行性。

麻省理工學(xué)院的研究人員在《自然-化學(xué)》雜志上發(fā)表的論文中敘述道：“被稱為光電開關(guān)的一些分子可以呈現(xiàn)出兩種不同形狀（它們剛好處在一個鉸鏈的中間位置上），當(dāng)其暴露在陽光下的時候，這些分子開始吸收能量，進而從一個配置狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到另一個形態(tài)，然后會穩(wěn)定很長一段時間。”

如果想要將能量釋放出來，你只需將分子暴露在少量的光線、熱能或電能下，當(dāng)它們轉(zhuǎn)回到另一種形狀時便會發(fā)出熱量。研究人員稱：“實際上，它們的行為就類似可供充電的熱電池組，從太陽中吸取能量，無限期地將其存儲起來，然后根據(jù)需要將能量再釋放出來。”

研究人員使用了一種具有光電開關(guān)效應(yīng)的偶氮苯物質(zhì)，將分子附著在由碳納米管制成的基板上。這項工作具有一定的挑戰(zhàn)性：研究人員要將這些分子緊密地壓實在一起，才能獲得足夠的能量密度，以期產(chǎn)生可用的熱量（在早期計算機仿真實驗中，由于放置的分子數(shù)量太少，甚至連所需的一半都沒達到，試驗往往都以失敗告終）。

當(dāng)能量密度達到預(yù)計增長的30%后，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，問題的關(guān)鍵并非是要讓偶氮苯分子壓實在單個碳納米管上，而是各個納米管要緊密地靠在一起。這是因為偶氮苯分子會在碳納米管上形成“牙齒”鏈，而這些牙齒鏈會與相鄰的碳納米管發(fā)生咬扣聯(lián)結(jié)。其結(jié)果是，所需能量的存儲是巨大的。

據(jù)研究人員介紹，這意味著具有光電開關(guān)效應(yīng)的分子與基質(zhì)的不同組合可以達到相同的或更大的能量儲存能力。

如果這項技術(shù)能夠得以商業(yè)化，分子太陽能存儲工作將會如何展開呢?該論文的第一作者蒂摩西·庫哈爾斯基（Timothy Kucharski）認為，最有可能的存儲方式應(yīng)該是液態(tài)形式，因為這便于運輸?！耙部赡芡ㄟ^改變物料的流動性，從儲罐的某個窗口或透明管道讓液體暴露在太陽光下，然后輸送到另一座儲罐。這樣一來，即使陽光不燦爛也無關(guān)緊要，所儲備的帶電材料能隨時派上用場。”

庫哈爾斯基說：“對于那些利用太陽能做飯的人來說，他們需要在白天將太陽能設(shè)備置于太陽的照射下，而我們的這個應(yīng)用程序則是一個純粹的重力驅(qū)動過程，材料從一座儲罐流到另一個儲罐。通過限制流量便可以保證暴露在太陽下的時間足夠長，使材料獲得完全充電。做晚飯時，太陽已經(jīng)下山了，而我們可以逆向倒罐，靠重力驅(qū)動，讓吸收過能量的材料產(chǎn)生熱能供我們烹飪之用?！?/p>

他補充道：“當(dāng)材料回流到原來的儲罐時，它要經(jīng)過太陽能催化固定膜——這個固定膜能觸發(fā)能量釋放過程，進而達到加熱烹飪設(shè)備表面的目的?！?/p>

庫哈爾斯基表示，他們的研究團隊正在探索其他具有光電開關(guān)效應(yīng)的分子和基質(zhì)，目的是設(shè)計出一個既能吸收更多太陽能量、同時還能形成規(guī)模的系統(tǒng)。