跳到主要内容

话题

纳米材料

纳米材料

碳纳米管可以存储太阳能

21 Jul 2011 IsabelleDumé.
太阳寻求者

马萨诸塞州理工学院(麻省理工学院)的研究人员设计了一种新的太阳能热燃料,可以存储多达10,000倍的能量比以前的系统更高。已经使用计算化学研究但在实验室中尚未经过尚未测试的燃料,由用偶氮改性的碳纳米管(CNT)组成。预计将提供与锂离子电池相同的能量储存,并且几乎无限地存储太阳能。它也可以通过简单地暴露在阳光下充电–不需要电力。

太阳能热燃料通过在分子的化学键中从阳光下储存能量。例如,典型的燃料分子,例如,其地位是从太阳吸收光的光。该光吸收将状态A变为状态B.这里,仅当分子的几何形状变化并且不会发生化学反应。据说这些分子是“photo-switchable”.

状态B中的分子不太稳定,因为它具有更高的能量。该能量与状态A中分子的能量之间的差异是所储存的能量的量,或ΔH。即使在状态a中分子更稳定,一旦它处于状态b,它就可以留在那里“trigger”提供足够的能量,以克服两个州之间的能量屏障。

随着需求的热量

当这触发时–这可以是热,光或电压的形式 –应用,分子切换回态A,并且储存的能量被释放为热量。“因此,我们可以存储一定数量的能量等于ΔH 每分子在太阳能热燃料中,然后在期望的时候进入能量,”解释团队成员Alexie Kolpak和Jeffrey Grossman。“例如,可以直接使用热量–例如煮沸水–或发电。”

释放热量后,通过将其暴露于阳光,可以容易地充电太阳能热燃料。原则上,整个循环可以无限期地重复而不会损失性能。

在MIT研究的杂交偶氮苯/ CNT系统中,偶氮苯是存储和释放能量的分子。 CNT的作用是使偶氮苯分子彼此紧密接触,使得分子相互作用。“这种相互作用开辟了一个完全新的化学相空间,用于调整状态A和B的相对能量以及它们之间的反应屏障,” explains Kolpak. “通过利用这些额外的自由度,可以设计更高的储能能力和更长的储存寿命,可以设计成偶氮苯系统。”他认为,这也可能对许多其他众所周知的发色团,化学结构如亚丁苯并吸收光线。

高能量密度

虽然在20世纪70年代和20世纪80年代,许多太阳能热燃料是开发的,但每个循环都会劣化。目前,除了通过KOLPAK和GROSSMAN创建的新人之外,只有一个太阳能热燃料可以多次循环而不会降级,但它是基于钌,这是稀有和昂贵的。更重要的是,与偶氮苯/ CNT的体积能量密度与偶氮苯/ CNT的体积密度非常低,这具有10,000的值。“该值与锂离子电池的值相当,足以让我们在现实世界应用中逼真地设想我们的太阳能热燃料,” Kolpak told physicsworld.com.. “燃料还具有许多其他优点,例如无排放且易于充电– you don’T需要靠近电源来充电。”

该团队刚刚开始综合和测试其化合物,并表示将很快与MIT AT MIT的其他群体一起开发原型设备。“我们还在继续使用一原则计算来帮助我们设计其他新颖的太阳能热燃料,” reveals Kolpak. “基于与纳米级模板结合的已知的可切换分子相同的概念,我们特别激发了几个系统,以增强它们的性质。”

研究人员承认,在他们甚至考虑将这种技术商业化之前,仍然存在许多挑战。在科学方面,他们需要开发对杂交纳米结构的几何形状的关系的基本理解及其在水和其他溶剂中的溶解度之间的关系,然后设计和优化仍然具有高能量密度的高度可溶性结构,热稳定,良好循环。

“在实验方面,我们需要做的第一件事是适应合成方法,以便我们可以附上每CNT或其他的大量照片开关分子‘template’分子,产生所需的性质,” adds Kolpak. “最后,我们必须找到与现有技术或设计新颖和廉价的新设备集成太阳能热燃料的方法。”

这项工作据报道 纳米字母.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者