2018-01-11 | 編輯:daisychuang 535 瀏覽人次

儲存效率與穩定性增加,讓光蓄熱電池商用化往前邁進

 

太陽能可以蓄熱與發電,為再生能源的重要發展推手,其中光蓄熱電池是以化學鍵來儲存太陽能或其他能源,以熱能而不是電能的形式釋放能量,可長期且穩定的儲存太陽能。而麻省大學阿姆赫斯特校區(UMass, Amherst)的材料化學研究小組為了提高光蓄熱電池的儲存效率,改良舊有的技術,希望能加速其商業化速度。

之前以聚合物鏈為基底的光蓄熱電池平均能量密度為每克 200 焦耳左右,而新研發出來光蓄熱電池平均能量密度已達每克 510 焦耳左右,最高密度則是 690 克×焦耳。研究小組的指導教授Dhandapani Venkataraman表示,希望可透過此研究,將能量密度提升至 800 克×焦耳。

該研究是基於麻省理工學院 Jeffrey Grossman 教授早前的研究論文,他致力於研發光蓄熱電池,而且尋找可反復循環使用的材料,當時他建議讓擁有豐富儲量的偶氮苯(Azobenzene)分子沿著奈米碳管(Carbon Nanotube)排列,這個結構讓科學家可以操縱分子的相互作用,這也決定了電池能量的儲存與釋放的多寡。

但此研究將奈米碳管替換成撓性聚合物(Flexible Polymer),Venkataraman 指出,奈米碳管無法縮小分子之間的距離,而撓性聚合物就像串聯聖誕燈飾的線一樣,在電池獲得能量時,聚合物鏈的結構會使偶氮苯分子彼此靠近並相互作用。

偶氮苯是有機染料中的一種,當偶氮苯被陽光照射時,其結構會發生變化,會從平面變扭曲(異構物),具有將光能作為能量存儲起來或當作熱量釋放出去的功能,但同時亦存有不穩定的問題。偶氮苯結構變化會導致聚合物外圍的分子排列變動,Venkataraman 表示,「聖誕燈」與「線」的距離是最重要的,要如何調整跟安排分子與聚合物的距離是儲能的關鍵之一。

而研究單位利用四氫呋喃(Tetrahydrofuran)溶劑來排列與調整結構,同時讓包裝密度(packing density)達到最完整,讓電池可以存取更多的能量。

隨著能量密度的提高,目前研究團隊也正研發鋰離子電池相關技術,應用包括太陽能墊,在日間時段利用太陽能墊來收集能量,並將儲存起來的熱能用於烹飪與供暖等,研究學生 Connor Boyle 指出,此方法可用在無電網連結的地區。(文/DaisyChuang)

(首圖來源:麻省大學阿姆赫斯特校區

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