MIT开发出可通过光蓄热的“循环型怀炉”.doc

MIT开发出可通过光蓄热的“循环型怀炉”，材料采用CNT和偶氮苯2011/07/21 00:00 美国麻省理工学院（MIT）宣布开发出了新型“太阳能燃料（Solar Thermal Fuels）”。可像太阳能电池一样，通过包括红外线在内的太阳光进行蓄热。具有在蓄热状态下对其进行一定的加热后，会快速释放出几百热量的性质。而且，即使反复进行散热和蓄热，性能也不会劣化。这种新型材料不同于普通的蓄热材料，即使长时间保存热量也几乎不会释放出去，这也是其特点之一。有望广泛用作可通过光进行蓄热，而且可以反复使用的“循环型怀炉（Kairo）”，或组合使用太阳能电池和充电电池的“散热蓄热型”元件。 开发出这种材料的是MIT副教授Jeffrey Grossman的研发小组。Grossman等人一直在推进研发可通过光进行蓄热，而且可反复循环散热的材料。2010年10月曾就蓄热材料“Fulvalene Diruthenium”的工作原理进行过发布（参阅本站报道）。 不过，当时的Fulvalene Diruthenium还存在两大课题。（1）使用了稀有金属钌（Ru），（2）蓄热时的体积能量密度还较低。 此次则没有在材料中采用稀有金属，而是采用了具有丰富储量的偶氮苯与碳纳米管（CNT）的化合物。体积能量密度在理论上最大为690Wh/L，是传统材料的3万倍以上。另外，散热时的温度最高达到620K（约347）。与太阳能电池一样，可将太阳能转换成热量并储存起来，经计算其能量转换效率约为7.2。 采用CNT像结晶那样配置偶氮苯 偶氮苯是有机染料中的一种，其形状是通过双键氮原子（N）连接两个苯环。如果向其照射光线或对其进行加热的话，苯环之间的配置会在“反式体”和“顺式体”之间发生可逆变化。该性质称为“光异构化反应”，具有将光能作为材料内的能量存储起来，或作为热量释放出去的功能。 此次采用了改性材料，可通过偶氮苯在CNT周围将其有规则地包围起来。据介绍，CNT的主要作用是“像结晶那样高密度地配置偶氮苯”（论文）。由此，可以增加体积能量密度，而且反式体和顺式体的能级差（H）也会增大。另外，还可以减小状态间转化所需的“活化能”（Ea）。此次材料的H在1.55eV左右，Ea在1.2eV左右。要想散热的话，就需要追加热量和闪光等超过该Ea的能量，或者使用可减小Ea的催化剂。 Grossman等人表示“偶氮苯只是众多光异构体材料的冰山一角”，今后还计划将偶氮苯以外的已知光异构体与CNT结合，以研究其蓄热和散热的功能。MIT查明“无穷尽燃料”原理，为太阳能电池开发开辟道路2010/10/28 00:00 fulvalene diruthenium的分子构造示例（图：Jeffrey Grossman）（点击放大）美国麻省理工学院（MIT）于2010年10月25日宣布，该大学的研究人员已查明一种具有划时代意义的蓄热材料的工作原理。据MIT介绍，这一研究关系到日后的“充放热型太阳能电池”的开发。相关论文已刊登在化学材料类学术杂志应用化学（Angewandte Chemie）10月20日刊上。 发表论文的是MIT材料科学与工程系的副教授Jeffrey Grossman等组成的研究小组。关于伴随着“fulvalene diruthenium”分子的热量出入而发生的状态变化，MIT已查明其具体的工作原理。 fulvalene diruthenium分子被太阳光等照射后，会吸收其电磁波，导致分子构造发生变化。变化后的状态非常稳定，不过从外部对其进行轻微加热，或者添加某种催化剂，该分子便会在200左右的温度下发热，然后还原为发生变化之前的构造。而且该构造的变化可多次反复重复进行。这些性质是以前就已经知道的。因此，与便携型太阳能电池一样，如果利用该材料制作“太阳能电池”，放在太阳光下即能蓄热，并且可使用蓄热能量在其他场所烧水，或者利用斯特林发动机（Stirling Engine）等进行发电。 但fulvalene diruthenium分子如其名字一样，由稀有金属钌等构成。这是实用化的瓶颈。 此次的研究从分子水平上对分子构造的变化进行了具体分析，除了上述两种状态之外，还发现存在位于二者之间的中间状态。据MIT介绍，已经弄清楚了照射太阳光后的状态十分稳定的原因。另外，通过具体分析变化的状态，还为开发具备同样蓄热特性的不含钌的材料开辟了道路。“已经发现了fulvalene diruthenium分子工作原理的关键构造。如果能发现具有同样构造的其他材料，应该能够将其作