研究人员开发出一种可重复使用的“太阳能电池”，它能以化学键的形式储存太阳能，并在需要时释放为热能。这种基于改良分子的新材料，其储能密度高于锂离子电池，并已成功在实验中利用储存的能量烧开水，未来有望用于离网供暖等场景。
一种可重复使用的“太阳能电池”
加州大学圣芭芭拉分校的团队找到了一种储存太阳能的新方法，它可能不再需要庞大的电池系统或依赖电网。这项技术的核心是一种新材料，它能吸收阳光，将能量储存在化学键中，然后在需要时以热能形式释放。
研究人员将其比作一种可逆变化的过程，关键在于储存能量，并在需要时释放，然后反复利用这种材料。
“想想光致变色太阳镜。当你在室内时，它们是透明的镜片。你走到阳光下，它们会自己变暗。回到室内，镜片又会变回透明。”
这个概念的核心不是改变颜色，而是利用同样的可逆原理来储存和释放能量。
灵感源于 DNA
科学家们在设计这种分子时，从一个意想不到的来源——DNA——获得了灵感。他们使用的嘧啶酮结构与 DNA 中天然存在的一种成分相似，后者在暴露于紫外线时可以可逆地改变形状。
团队利用这种结构，设计出一种能够反复储存和释放能量的分子。为了使分子尽可能高效，设计时遵循了极简原则。
- 紧凑设计： 团队移除了分子中所有不必要的结构，使其尽可能轻量和紧凑。
- 稳定性： 通过与加州大学洛杉矶分校的合作，利用计算模型解释了为什么这种材料能够在长时间内稳定地保持能量而不发生明显损失。
工作原理：像弹簧一样储存能量
与直接将阳光转化为电能的传统太阳能电池板不同，该系统以化学形式储存能量。
这种分子的行为有点像一个被压缩的弹簧。
- 吸收能量： 在吸收阳光后，它会转变为一种紧张的、高能量的形态。
- 保持状态： 它会一直保持这种高能状态，直到被激活。
- 释放能量： 当受到一个触发（如少量热量或催化剂）时，分子会迅速恢复到其原始形态，并将储存的能量以热量形式释放出来。
研究人员通常将其描述为“一个可充电的太阳能电池”。它储存阳光，并且可以被再次充电。
主要优势与成果
这项新技术不仅概念新颖，还在性能上取得了突破。
- 高能量密度： 该材料每公斤可储存超过 1.6 兆焦耳的能量。相比之下，传统的锂离子电池每公斤约储存 0.9 兆焦耳。
- 成功烧开水： 在实验中，研究团队证明该材料释放的热量足以在常温环境下将水烧开。这是一个该研究领域难以实现的重要里程碑。
“烧水是一个耗能巨大的过程。我们能在常温条件下烧开水，这是一个巨大的成就。”
未来的实际应用
这项技术最终可能支持多种现实世界的应用，尤其是在离网供热和热水系统方面。由于这种材料可以溶于水，研究人员设想它未来可以实现更灵活的应用。
一个可能的场景是，白天让溶解了这种材料的液体流过屋顶的太阳能集热器进行“充电”，然后储存在水箱中，在夜间释放热量。
“使用太阳能电池板，你需要一个额外的电池系统来储存能量。而对于分子太阳能热能储存技术，材料本身就能够储存来自阳光的能量。”