新材料可以在白天储存太阳能，并在热量释放后释放

逐层太阳能热燃料聚合物薄膜包括三个不同的层（每个层的厚度为4至5微米）。每层之后的交联使得能够形成厚度可调的膜。

麻省理工学院的工程师已经开发出一种新材料，该材料可以在一天之内收集阳光，并在需要的时间或数天后释放热量。

想象一下，如果您的衣服可以根据需要释放出足够的热量，以保持温暖和舒适，让您重新调温，并在凉爽的房间中保持舒适。或者，想象一下汽车的挡风玻璃，该挡风玻璃存储了太阳的能量，然后以一阵热能的形式释放出来，融化了一层冰。

根据麻省理工学院的一个研究小组的说法，这要归功于一种新的材料，这种材料可以在一天中储存太阳能，并在需要时将其以热量的形式释放出来，因此不久就可能出现两种情况。这种透明的聚合物薄膜可以应用于许多不同的表面，例如窗户玻璃或衣服。

尽管太阳几乎是取之不尽的用之不竭的能源，但是在白天，它仅能满足我们所需时间的一半。为了使太阳成为满足人类需求的主要动力提供者，必须有一种有效的方法来保存太阳，以便在夜间和暴风雨的天气中使用。大多数此类努力都集中于以电的形式存储和回收太阳能，但是这一新发现可以提供一种通过化学反应存储太阳能量并随后以热能形式释放的高效方法。

麻省理工学院教授杰弗里·格罗斯曼（Jeffrey Grossman），博士后大卫·芝托米尔斯基（David Zhitomirsky）和研究生尤金·乔（Eugene Cho）的发现在《先进能源材料》杂志上的一篇论文中得到了描述。研究小组说，实现太阳能长期，稳定储存的关键是以化学变化的形式储存而不是储存热量。尽管无论周围的隔热性能如何，热量都不可避免地会随时间消散，但化学存储系统可以无限稳定地将能量保持在稳定的分子构型中，直到通过少量的热（或光或电）震动触发其释放为止。

在研究人员用于测试宏观热量释放的平台中，加热元件提供足够的能量来触发太阳能热燃料材料，而红外摄像机则监视温度。带电的膜（右）释放热量，使温度高于未带电的膜（左）。

具有两种构型的分子

关键是分子可以在两种不同构型中保持稳定。当暴露在阳光下时，光的能量将分子踢成它们的“带电”结构，并且它们可以长时间保持这种状态。然后，当受到非常特定的温度或其他刺激触发时，分子会恢复为原始形状，并在此过程中释放出大量的热量。

这种基于化学的存储材料被称为太阳能热燃料（STF），之前，包括格罗斯曼（Grossman）和他的团队在以前的工作中都已经开发过。Zhitomirsky说，但是那些较早的努力“在固态应用中用途有限”，因为它们被设计为用于液体溶液中并且不能制造耐用的固态膜。新方法是第一种基于固态材料（在这种情况下为聚合物）的方法，也是第一种基于廉价材料和广泛制造技术的方法。

多伦多大学的大学教授泰德·萨金特（Ted Sargent）说：“这项工作为在单一材料中同时收集和存储能量提供了令人兴奋的途径。”

Cho说，制造新材料仅需分两步进行，即“非常简单且可扩展性强”。该系统基于以前的工作，该工作旨在开发一种太阳能炊具，该炊具可以在日落后存储太阳能以用于烹饪，但是他说：“这存在挑战。”该团队意识到，如果可以将储热材料制成薄膜形式，那么它可以“被集成到许多不同的材料中”，他说，包括玻璃甚至是织物。

为了使该膜能够存储有用的热量，并确保可以轻松可靠地进行生产，该团队开始使用称为偶氮苯的材料，这些材料会根据光而改变其分子构型。然后，偶氮苯可被微小的热脉冲刺激，恢复为原始构型，并在此过程中释放更多的热量。研究人员修改了材料的化学性质，以提高其能量密度（在给定重量下可以存储的能量数量），形成光滑均匀层的能力以及对激活的热脉冲的响应能力。

加热元件用于提供足够的能量来触发太阳能热燃料材料，而红外摄像机则监视温度。（查看全屏以查看动画。）

脱落的冰

格罗斯曼（Grossman），莫顿和克莱尔·古尔德（Morton and Claire Goulder）以及环境系统家庭教授以及材料科学与工程学教授说，他们最终使用的材料是高度透明的，这可能使其对汽车挡风玻璃除冰有用。虽然许多汽车已经为此目的而在后窗中嵌入了细小的电热丝，但法律禁止任何阻碍前车窗视野的东西，甚至是细丝也是如此。但是，由新材料制成的透明薄膜夹在两层玻璃之间（目前正在使用粘合聚合物，以防止碎玻璃碎片在事故中飞来飞去）可以提供相同的除冰效果而不会受到任何阻碍。他说，这项研究的赞助商德国汽车公司宝马对这种潜在的应用感兴趣。

有了这样的窗户，每当汽车坐在阳光下时，能量就会存储在聚合物中。然后，“当您触发它时”，仅使用电热丝或一小束加热的空气可能产生的少量热量，“您就得到了这种热能，”格罗斯曼说。“我们进行的测试表明，您可以获得足够的热量，可以从挡风玻璃上滴下冰块。”他解释说，做到这一点并不需要所有的冰都真正融化，仅是最靠近玻璃的冰融化足以提供一层水，从而释放出其余的冰，使其在重力作用下滑落或推到一边。通过雨刷。

格罗斯曼说，该小组正在继续致力于改善影片的性能。该材料目前略带淡黄色，因此研究人员正在努力提高其透明度。它可以释放出比周围温度高大约10摄氏度的爆裂-足以融冰，但他们正试图将其提高到20摄氏度。

目前，该系统可能已经成为电动汽车的一大福音，因为电动汽车将大量精力用于加热和除冰，以至于在寒冷条件下其行驶里程会降低30％。格罗斯曼说，这种新的聚合物可以大大减少这种消耗。

多伦多大学的Sargent说：“该方法具有创新性和独特性。”“从科学和工程的角度来看，这项研究是固态储能/热释放材料实际应用的重大进展。”

这项工作得到了NSERC加拿大禁令研究金和宝马的支持。

出版物：David Zhitomirsky等人，“用于热释放应用的固态太阳能热燃料”，《先进能源材料》，2016年； DOI：10.1002 / aenm.201502006