热能版(一种存储热能的新方法：可按需释放热量)

导读

最近，麻省理工学院的研究人员开发出一种新型化学合成物，它有望成为一种替代品，用于在热电池中，存储来自日间的太阳或者其他资源的能量。它按需释放热量，比如用于烹饪或者夜间取暖。

关键字

热量、材料、能源

背景

在大部分发展中国家中，日间太阳的热量充沛，然而大多数的烹饪工作却发生在落日的傍晚，使用木材、树丛、粪便等燃料，需要花费大量的时间与精力。

然而，目前储热使用的一般性方法就是使用相变材料（PCM），输入的热量会熔化材料和使其发生相变，例如从固态到液态，存储能量。当PCM冷却到其熔点之下时，它又会变为固体，这个时候存储的能量又会以热量的形式释放出来。关于这些材料，有许多例子，例如低温应用所使用的蜡或脂肪酸，高温所用的熔融盐。但是，现在所有的PCM需要大量的隔热材料，而且改变相位时的温度变化不受控制，存储的热量损失的非常快。

创新

现在，麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出一种新型化学合成物，它有望成为一种替代品，用于在热电池中，存储来自日间的太阳或者其他资源的能量。它按需释放热量，比如用于烹饪或者夜间取暖。

（图片来源：Melanie Gonick/MIT）

MIT的博士后 Grace Han 、Huashan Li 以及教授 Jeffrey Grossman 探索出这项新的发现，并且在本周的《自然通信》（Nature Communications）杂志上发表。

技术

该新系统使用了在光线下改变形状的分子开关。这种分子开关集成到PCM中时，该杂化材料的相变温度可通过光线来调整，即使在原始材料的熔点之下时，相变的热能也可以保持得住。

（图片来源：Melanie Gonick/MIT）

Grossman 解释说：“热能的麻烦是它难以控制”。因此，他的团队开发了传统相变材料的基本“附加组件”，或者说，“当光线照射时，结构会发生改变的小分子。”这一方法找到了一条途径，它将这些分子集成到传统的PCM材料中，按需释放热量。他说，“对于这种方法来说，会有许多的应用，能让你以一种按需触发的方式存储热量。”

研究人员通过将脂肪酸与对于光线会作出响应的有机化合物相结合，实现这个方案。通过这种排列，光敏成分改变了其他成分的热特性，这些成分用于存储和释放能量。即使在温度降下来后，这种杂化材料仍然可以熔化。随后，当被另外一束光脉冲触发时，材料重新固化，重新释放出热相变能量。

（图片来源：MIT Grossman 小组）

价值

该校环境系统专业以及材料科学和工程系教授 Grossman 表示：

“通过将光线激活的分子集成到传统的潜热图片中，我们添加了一种新的控制，用于调整熔化、固化和过冷等特性。”

系统可以使用任何热源，不仅是太阳能。Han 表示：

“废热可用性非常广泛，从工业处理到太阳能，甚至是来自汽车的热量，而这些热量通常都会被浪费掉。”

利用这些废热为热量的回收利用提供了一条途径。

Han 解释说：

“我们所做的是安装一个新的能垒，所以存储的热量不会被立即释放掉。”

在它的化学存储形式下，能量会保持很长时间，直到光学触发被激活。在初始的小规模实验室版本中，研究人员展示了存储的热量保持稳定至少可达10小时。然而，一种类似尺寸的设备直接存储的热能会在几分钟内释放出来。Han 补充说：

“对于它为什么不能被调得更高，根本原因目前尚不明确。”

在初始的概念验证版的系统中，Grossman 表示：“对于这种材料，我们可以达到的温度变化或者过冷可以达10摄氏度，我们希望可以更高。”目前，在这个版本中，“能量密度相当高，即使我们使用的是传统相变材料。”这种材料每克可以存储200焦耳的热量。她表示：“这对于任何有机相变材料来说都非常好，人们已经对于在印度农村使用它做饭表示出了极大兴趣。”该系统也可以用于农作物的干燥处理或者空间加热。Grossma 表示：

“我们对于这项研究的兴趣在于进行概念验证，但是我们相信使用这种光敏材料，提高相变材料的储能特性具有相当大的潜力。”

参考资料

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

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