黑暗中也能獲取太陽能

張長青/編譯

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

麻省理工學院和哈佛大學的研究人員設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，但他們已經在實驗室中成功演示了被稱為光電開關現象的可行性。

麻省理工學院的研究人員在《自然-化學》雜志上發表的論文中敘述道：“被稱為光電開關的一些分子可以呈現出兩種不同形狀（它們剛好處在一個鉸鏈的中間位置上），當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跳轉到另一個形態，然后會穩定很長一段時間。”

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，當它們轉回到另一種形狀時便會發出熱量。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效應的偶氮苯物質，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）。

當能量密度達到預計增長的30%后，情況發生了逆轉。研究人員發現，問題的關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生咬扣聯結。其結果是，所需能量的存儲是巨大的。

據研究人員介紹，這意味著具有光電開關效應的分子與基質的不同組合可以達到相同的或更大的能量儲存能力。

如果這項技術能夠得以商業化，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該是液態形式，因為這便于運輸。“也可能通過改變物料的流動性，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備置于太陽的照射下，而我們的這個應用程序則是一個純粹的重力驅動過程，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，太陽已經下山了，而我們可以逆向倒罐，靠重力驅動，讓吸收過能量的材料產生熱能供我們烹飪之用。”

他補充道：“當材料回流到原來的儲罐時，它要經過太陽能催化固定膜——這個固定膜能觸發能量釋放過程，進而達到加熱烹飪設備表面的目的。”

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效應的分子和基質，目的是設計出一個既能吸收更多太陽能量、同時還能形成規模的系統。