研究人员为化学热电池创造材料 可以根据需要释放能量

在发展中国家的大部分地区，人们在白天有充足的太阳热量，但大多数烹饪都是在太阳下山的晚上发生的，使用的是燃料，如木头，刷子或粪便，时间和精力。

现在，麻省理工学院研究人员开发的一种新的化学复合物可以提供替代品。它可以用于在白天在一种热电池中储存来自太阳或任何其他来源的热量，并且它可以在需要时释放热量，例如用于烹饪或在黑暗之后加热。

热储存的常用方法是使用所谓的相变材料(PCM)，其中输入的热量使材料熔化并且其相变 - 从固体到液体 - 储存能量。当PCM冷却回到其熔点以下时，它变回固体，此时储存的能量作为热量释放。这些材料有许多例子，包括用于低温应用的蜡或脂肪酸，以及在高温下使用的熔盐。但是所有现有的PCM都需要大量的绝缘，并且它们不受控制地通过相变温度，相对快速地损失其存储的热量。

相反，新系统使用的分子开关可以根据光线改变形状; 当集成到PCM中时，可以用光调节混合材料的相变温度，允许相变的热能甚至远低于原始材料的熔点。

“热能的问题在于，很难抓住它，”格罗斯曼解释道。因此，他的团队开发了传统相变材料的基本附加物，或者“光照在它们上面时会发生结构变化的小分子”。诀窍是找到一种方法将这些分子与传统的PCM材料结合起来，根据需要释放储存的能量作为热量。“有太多的应用可以将热能储存起来，以便在需要时触发它，”他说。

研究人员通过将脂肪酸与响应光脉冲的有机化合物相结合来实现这一目标。通过这种布置，光敏组件改变了另一组件的热性质，其存储和释放其能量。混合材料在加热时熔化，并且在暴露于紫外光之后，即使冷却下来也会保持熔化。接下来，当由另一个光脉冲触发时，材料重新凝固并返回热相变能量。

Han说，该系统可以利用任何热源，而不仅仅是太阳能。“废热的可用性很普遍，从工业过程到太阳能热，甚至是车辆产生的热量，而且通常只会浪费掉。” 利用一些废物可以为有用的应用提供回收热量的方法。

“我们在技术上的做法，”韩解释说，“正在安装新的能量屏障，因此储存的热量不能立即释放。” 在其化学储存形式中，能量可以长时间保持，直到光学触发器被激活。在他们最初的小型实验室版本中，他们表明储存的热量可以保持稳定至少10小时，而类似大小的设备直接储存热量会在几分钟内消散。“没有根本原因导致它无法进一步调高，”韩说。

在这个版本中，“能量密度非常重要，即使我们使用的是传统的相变材料，”韩说。这种材料可以储存约200焦耳/克，她说这“非常适合任何有机相变材料”。已经说过，“人们已经表示有兴趣在印度农村使用这种烹饪方式，”她说。这种系统也可用于干燥农作物或用于空间加热。

“我们对这项工作的兴趣是展示概念证明，”格罗斯曼说，“但我们相信使用光活化材料劫持相变材料的储热特性有很大的潜力。”