有没有不用电池的太阳能技术?

2016-01-18 10:10:00
全芯编辑
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        太阳能技术一直以来都是聚焦在光转换为电力,但举例来说,如果你原本是在汽车上使用太阳能转电力电池来支持挡风玻璃除霜,却把中间那个“电池”拿掉,直接把太阳光电储存在挡风玻璃内的透明聚合物薄膜,稍后再直接释出光能(热)来除霜,会不会更有效率?

        以上的概念是美国麻省理工学院(MIT)教授Jeffrey Grossman、博士后研究员David Zhitomirsky、博士候选人Eugene Cho所提出,他们正在开发一种太阳能集热燃料聚合物(solar thermal fuel polymer),也就是一种能夹在两层汽车挡风玻璃(目前的汽车挡风玻璃基于安全性都有两层,以防爆裂)中间的透明薄膜,能透过改变其分子结构(一种经过设计的、对光线的反应)来储存太阳能,然后根据需求透过恢复正常的化学结构而将热能释放出来。

        Zhitomirsky在接 受EE Times美国版编辑专访时表示:“这种聚合物材料能设计成拥有许多不同的特性,但目前的版本是可以吸收紫外线(UV)光子,将其改变成高能量型态,然后 在它变回低能量型态时会释出声子(phonons)──也就是会振动──而持续加热周遭。”

太阳能集热燃料聚合物分成三层,每层厚度约4~5微米,彼此交叉连结,能制作出厚度可调的薄膜

Source:MIT

        当然,这种太阳能转换成固态燃料技术的应用还有很多,例如在内存中能使用雷射来改变其分子形状由0变成1然后反复;不过德国车厂BMW特别对MIT这项研究案提供赞助,主要目标就是因为目前电动车(EV)的挡风玻璃除霜功能消耗了许多电源,甚至有时候会让EV行驶距离减少30%。如果能藉由释放储存在挡风 玻璃内的热能来达成消融冰雪的目的,将可大幅节省EV电池的能量。

        MIT的研究团队主要锁定在BMW想要的应用,不过也试图将该聚合物推至其他应用领域,例如可以织进滑雪装等衣物中,使其能藉由吸收太阳光来“充电”,然后在需要时释放出热;Zhitomirsky表示:“穿上这种保暖衣,你甚至可以因此节省家里的暖气费。”

太阳能集热燃料聚合物原理示意图

Source:MIT

        无论是哪一种应用,能免除太阳能转电力→储存到电池→加热线圈的循环,将可大幅提升整个程序的效益(当然这是在储存太阳能只是为了接下来加热某个物体的情况 下);太阳能集热燃料聚合物的低能量与高能量分子结构都是稳定的,除非在触发机制下才会改变(例如透过以电力、激光脉冲或加热线圈…等)。

        太阳能集热燃料有许多种不同的配方,能使其符合达到高能量状态并稳定之后、结构又能透过触发转回低能量状态并释出加热声子的程序;大多数的太阳能集热燃料, 都是能在同一种材料中吸收光子、发射声子。MIT的团队稍早之前也曾开发出一种有同样特性的液体材料,而目前的成果是第一个能轻易大面积制作的固态聚合物 薄膜;一开始团队成员是做成块状,但经过多次实验后,发现薄膜状的应用会最广。

        在实验中,团队使用了泥浆状态的纳米碳管,能固定在偶氮苯(azobenzene)聚合物上;该种聚合物很容易制造,而且其化学结构能储存大量的光子,然后依据需求释放出能发热的声子。研究人员也调 整了偶氮苯的化学配方,使其能被制作成多层薄膜,每层都能储存光子并经过触发同步以声子的形式释出能量。

太阳能集热燃料聚合物的制作程序

Source:MIT

        目前偶氮苯薄膜的一个缺点是会略为发黄,不过研究人员有信心把它变成完全透明的;研究团队也正在想办法提升其发热温度。

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updated: 2021-04-22 02:16:39