太陽能碳納米管染料或取代電池

從20世紀70年代開始，化學(xué)家們就一直在研究如何將太陽能儲存在遇光會改變狀態(tài)的分子當(dāng)中。光敏分子是理想的太陽能燃料。這種燃料應(yīng)該是可傳輸、便宜且可再充電的。遺憾的是，多年來，科學(xué)家們并沒有取得多大進展。

　　 麻省理工學(xué)院研究人員AlexieKolpak和JeffreyGrossman發(fā)現(xiàn)了一種新型太陽能熱燃——偶氮苯。它經(jīng)濟、可再充電、發(fā)熱穩(wěn)定，比鋰電池的能量密度高。他們的設(shè)計將有機光伏分子偶氮苯和碳納米管結(jié)合起來。

　　在了解其設(shè)計細節(jié)之前，首先讓我們快速了解一下光伏分子儲存太陽能的原理。當(dāng)光伏分子吸收太陽光時，它會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化，從一般狀態(tài)變?yōu)楦�高能量狀態(tài)。更高能量狀態(tài)具有亞穩(wěn)定性，電壓、熱、光等許多因素都能引發(fā)它的變化，回來原來的狀態(tài)。這樣，高能量狀態(tài)和一般能量狀態(tài)之間的能量差就釋放出來。一些可利用的光伏分子能夠經(jīng)歷幾輪能量的充放。

　　制作太陽能熱燃料的難點在于找到既具有高能量差又具有大活化能的材料。這兩個要素一般來說無法兼容。如果擁有高能量差，更高能量狀態(tài)的就會非常不穩(wěn)定。不穩(wěn)定表示燃料的活化能小，極易將儲存能量釋放出去。

　　Kolpak和Grossman在觀察偶氮苯/碳納米管結(jié)構(gòu)的計算機模型時，成功地在能量差和活化能直接找到平衡。他們的計算表明，將偶氮苯放置在碳納米管上能夠穩(wěn)定分子的兩種狀態(tài)。同時，它還具有非常高的能量差。穩(wěn)定了高能量狀態(tài)之后，更高的活化能也延長了材料壽命。

　　從能量儲存上看，偶氮苯/碳納米棒結(jié)構(gòu)勝過了鋰電池。Kolpak和Grossman計算出偶氮苯/碳納米棒系統(tǒng)大概擁有每升690瓦時的體積能量密度；而鋰電池的只有每升200到600瓦時。而偶氮苯本身的體積能量密度只有每升90瓦時。

　　Kolpak和Grossman的偶氮苯/碳納米棒系統(tǒng)可以用在其他光伏分子的使用上，因為首次展示了通過碳納米棒提高了能量儲存性能的方法。這大概就是他們研究的最大貢獻之處。

　　然而，這項研究也有潛在的不足。這個不足不僅僅在于它還止步于模型研究，并沒實物證據(jù)。更重要的是，這種偶氮苯/碳納米棒系統(tǒng)只能釋放熱能。如果你需要用它來給電氣設(shè)備充電，你必須將熱能轉(zhuǎn)化為電能。在這個能源轉(zhuǎn)化的過程將又會造成損失。