研究表明 有前途的材料可以储存太阳能数月或数年

随着我们不再使用化石燃料，而转向可再生能源以应对气候变化，对获取和存储能源的新方法的需求变得越来越重要。兰开斯特大学(Lancaster University)的研究人员对一种晶体材料进行研究后发现，该晶体具有能够捕获太阳光能量的特性。能量可以在室温下存储几个月，并且可以按需以热量的形式释放。

随着进一步的发展，这些材料可以提供令人兴奋的潜力，作为在夏季月份捕获太阳能并将其存储以在冬季使用的冬季的一种方式，因为那里的太阳能较少。

对于离网系统或偏远地区的加热系统，或作为房屋和办公室常规加热的环保补充，这将被证明是无价的。它也可能会制成薄涂层，并涂在建筑物表面，或用在汽车的挡风玻璃上，在寒冷的冬天早晨，储存的热量可用来为玻璃除冰。

该材料基于一种“金属有机框架”(MOF)。这些由金属离子网络组成，这些金属离子通过碳基分子连接形成3-D结构。MOF的关键特性是它们是多孔的，这意味着它们可以通过在其结构中包含其他小分子来形成复合材料。

兰开斯特研究小组着手研究一种MOF复合材料(该材料先前由日本京都大学的一个独立研究小组制备，并被称为“ DMOF1”)是否可以用于存储能量-以前没有进行过研究。

MOF的孔中充满了偶氮苯分子(一种强烈吸收光的化合物)。这些分子充当光开关，是一种“分子机器”，在施加外部刺激(例如光或热)时可以改变形状。

在测试中，研究人员将材料暴露在紫外线下，这导致偶氮苯分子在MOF孔内变形为应变结构。该过程以类似于弯曲弹簧的势能的方式存储能量。重要的是，狭窄的MOF孔以其应变形状捕获了偶氮苯分子，这意味着势能可以在室温下长时间存储。

当施加外部热量作为触发以“切换”其状态时，能量会再次释放，并且释放可能非常快-有点像弹簧笔直弹回。这提供了可用于加热设备的其他材料的热量提升。

进一步的测试表明，该材料能够存储至少四个月的能量。这是发现的令人兴奋的方面，因为许多光敏材料会在数小时或几天内切换回去。长时间储存​​的能量为跨季节储存开辟了可能性。

以前已经研究了在光电开关中存储太阳能的概念，但是大多数以前的示例都要求光电开关在液体中。由于MOF复合材料是固体而不是液体燃料，因此它在化学上稳定并且易于包含。这使得开发涂层或独立设备变得更加容易。

兰卡斯特大学材料化学高级讲师，该研究的联合首席研究员约翰·格里芬博士说：“该材料的功能有点像相变材料，用于向暖手器中供热。要加热以给它们充电，这种材料的好处是它可以直接从太阳中捕获“自由”能量，它也没有移动或电子部件，因此在储存和释放时不涉及任何损失。我们希望，随着进一步的发展，我们将能够制造出能够存储更多能量的其他材料。”

这些概念验证的发现开辟了新的研究途径，以了解使用受限光电开关的概念，还有哪些其他多孔材料可能具有良好的储能性能。

联合研究人员内森·哈尔科维奇博士(Nathan Halcovitch)补充说：“我们的方法意味着可以通过改变光电开关本身或多孔主体框架来尝试优化这些材料的多种方法。”

包含光敏开关分子的晶体材料的其他潜在应用包括数据存储-晶体结构中光敏开关的明确定义意味着，原则上可以使用精确的光源将光敏开关一一切换，从而将数据存储在CD上或DVD，但在分子水平上。它们还具有药物输送的潜力-可以使用光开关将药物锁定在材料内部，然后使用光或热触发器按需将其释放到体内。

尽管对于该材料能够长时间存储能量的结果很有希望，但其能量密度适中。接下来的步骤是继续查询其他MOF结构以及替代类型的具有更大的结晶材料的能量存储的潜力。

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