瓶装阳光“热电池”带来新的太阳能革命

《美国科学家与发现》杂志前编辑、专栏作家和纽约大学SHERP科学新闻项目访问学者科里S.鲍威尔(CoreyS.Powell)前几天撰文说，一种类似塑料的材料可能代替苹果手机和特斯拉汽车的高性能太阳能电池。

科学家正在设法绕过图示的昂贵发电板，直接储存太阳热

太阳能清洁、丰富，也令人烦恼：夜间或阴天就不不管用了。可以把阳光转化为电能、再储存在电池里，但这既复杂又昂贵。很多时候，实际上想要的不是电，而是做饭或采暖等劳务的热能。

换句话说，想要的是“瓶装”正午太阳的热，然后按需打开的“办法”。咋听起来，几乎不可能，但有些非常倔强的科学家已经找到了实现这一目标的方法，而且相信这项技术可能带来“变革”。

据去年底报道，马萨诸塞大学的化学家Dhandapani Venkataraman领导的团队发明了一种新型聚合物，在吸收和释放热能方面效果“惊人”。这款名为AzoPMA类似塑料的材料，可能是开发高效“热电池”的关键。就太阳能技术而言，能代替苹果手机和特斯拉汽车的高性能太阳能电池。

麻省大学的约翰•索利姆博士

热电池的基本原理很简单。能“保持”热能的任何物质都“合格”。例如一个游泳池，在阳光明媚的八月午后会变热，就是个原始的热电池。

热的海绵

AzoPMA的“杰出”表现是能储存多少热能。它每盎司（28.35克）保持的热能是水的200倍。秘密，就在于它的分子“紧系”着两种形状或者结构。

AzoPMA暴露在阳光下，它的分子会“呈”高能“态”。受到另外的触发稍微加热或被激活，这种分子就回到低能“态”，储存的热量就会“喷涌”出来。

麻省理工学院的研究人员也研制出一种化学热“电池”，能按需释放能量

与此同时，麻省理工学院（MIT）的材料科学家杰弗里•格罗斯曼（JeffreyGrossman）博士在另一类型的储热方面取得了令人瞩目的进展。格罗斯曼创造的一种脂肪化合物加热会融化，但与直觉相反，冷却时却不会凝固。除非用蓝色LED激活，否则会一直处于融化状态。只在凝固时，才释放它“锁定”的热能。

MIT的杰弗里•格罗斯曼博士

格罗斯曼说，“我们创造的材料能以全新方式储存热能”。

能用瓶装的阳光做什么？

或许会在发展中国家，太阳热电池会找到它们最早的用途。

印度工业企业塔塔集团公司（Tata）正在出资开发太阳热烘炉，用以取代广大农村燃烧木头、柴枝或牛粪的炉灶。它冒出的烟尘严重危害健康。两升电池材料保持的热能，足够每天无排放地烹饪一小时。

约翰•索利姆博士说，“也可想象在徒步旅行时给这种分子充热，然后排热烹饪晚餐”。在MIT的一位同事按同样的道理，使储热电池与纺织纤维相结合，也可在白天徒步旅行时用上衣和袜子收集热能，之后用来热饭。

热电池也可以捆绑成大型储热装置，供整个家庭采暖，或者以薄膜的形式铺在道路、屋顶和汽车挡风玻璃上，冬季风暴后能动迅速融雪，不用任何电力。德国宝马汽车公司一直在与格罗斯曼的团队探讨最后一概念。

储热技术一旦变得切实可行，也许在10年之内——格罗斯曼期待许多另外的新用途。他说，“今天的热电池就是一个世纪前的电池”，“有令人振奋的用途，我们刚刚开始理解。”

附：原文

MACH

'Battery'thatbottlessunshinecouldbringanewsolarrevolution

byCoreyS.Powell

Jan.14.2018

Aplastic-likematerialmaydoforsolarpowerwhathigh-performanceelectricalbatterieshavedoneforiPhonesandTeslacars.

Solarenergyisclean,abundant,andirritatinglyinconvenient:Itdoesn’tworkatnightoroncloudydays.Youcanconvertsunshineintoelectricityandstoreitinabattery,butthat’scomplicatedandexpensive.Andmuchofthetime,whatyoureallywantisn’telectricitybutheatfortaskslikecookingorwarminghomes.

Whatyouwant,inotherwords,isawaytobottletheheatofthenoondaysunandthenuncorkitondemand.Thatsoundsalmostimpossible,butsomeverydeterminedscientistshavefoundawaytomakeithappen—andthey'reconvincedthetechnologycouldbetransformative.

AteamledbyDr.DhandapaniVenkataraman,achemistattheUniversityofMassachusetts,reportedlastmonthonanewpolymerthatisstunninglyeffectiveatabsorbingandreleasingheat.DubbedAzoPMA,theplastic-likematerialcouldbethekeytothedevelopmentofahigh-efficiency“thermalbattery”thatcoulddoforsolartechwhathigh-performanceelectricalbatterieshavedoneforiPhonesandTeslacars.

Theunderlyingprincipleofathermalbatteryissimple.Anymaterialthatholdsheatqualifies.AswimmingpoolthatwarmsuponasunnyAugustafternoonisaprimitivethermalbattery,forinstance.

THERMALSPONGES

WhatdistinguishesAzoPMAishowmuchheatitcanstore.Ounceforounce,itholdsarecord-setting200timesasmuchthermalenergyaswater.Thesecret?Itsmoleculestogglebetweentwoshapes,orconformations.

WhenAzoPMAisexposedtosunlight,itsmoleculesadopttheirhigh-energyform.Then,whenslightlywarmedoractivatedbyanothertrigger,themoleculesreverttotheirlow-energyformandthestoredheatcomesgushingout.

Meanwhile,Dr.JeffreyGrossman,amaterialsscientistatMIT,ismakingimpressiveprogresswithanothertypeofthermalstorage.Grossmanhasdafattycompoundthatmeltswhenheatedbut,erintuitively,doesn’tfreezewhenitcools.ItstaysmelteduntilactivatedwithablueLED.Onlythendoesitsolidify,releasingitslocked-upheat.

“We’recreatingmaterialsthatstorethermalenergyincompletelynewways,”Grossmansays.

WHATTODOWITHBOTTLEDSUNSHINE

Solarthermalbatteriesmayfindtheirfirstapplicationsinthedevelopingworld.

Tata,theIndianindustrialconglomerate,isfundingthedevelopmentofsolar-thermalovensthatcouldreplacetheubiquitousruralstovesthatburnwood,brush,ordung.Fumesfromthosestovesareamajorhealthhazard.Acoupleoflitersofbatterymaterialwouldholdenoughheatforanhour’sworthofemission-freecookingeachday.

“Orimaginewhengocamping,you’dbegingthemoleculeswhileyouarehiking,thenyou’ddisgethemtocookyourdinner,”Venkataramansays.Alongthesamelines,acolleagueatMITisincorporatingthermal-storagebatteriesintotextilefibers,soyourhikingjacketandsocksmightcollectwarmthduringthedayandthenreleaseitoncommandatnight,afteryou’vefinishedyoursolar-heatedmeal.

Thermalbatteriescouldalsobebundledupintobigstorageunitstoheatentirehomes,orspreadoutasthinfilmsonroadways,rooftops,andcarwindshields,wheretheycouldrapidlymeltawaysnowafterwinterstorms—withoutanyelectricity.BMWhasbeenexploringthatlastideawithGrossman’steam.

Onceheat-storagetechbecomespractical—perhapsinaslittleasadecade—Grossmanexpectsmanyothernewusestoopenup.“Thermalbatteriestodayarewhereelectricalbatterieswereacenturyago,”hesays.“Thereareexcitingapplicationswe’reonlystartingtounderstand.”