高分子鏈為非電動電池儲存太陽能奠定基礎

【概要】材料化學家多年來一直試圖制造一種新型的電池，即能以化學鍵而不是以電子的形式儲存太陽能或其他光源能源，而這種能源將以熱能而不是電能的形式釋放能量，其將會長期，穩定，高效地儲存太陽能。麻省大學阿姆赫斯特分校的科學家們說，聚合物鏈像一串圣誕燈組成的一樣，有助于儲存能量。

不久前，由Dhandapani Venkataraman帶領的Massachusetts Amherst大學的一批材料化學家，博士生Seung Pyo Jeong以及博士生Larry Renna，Connor Boyle等人報告說，他們通過開發聚合物基底系統解決了該領域的主要障礙之一。它可以產生能量儲存密度，并儲存的能量，可產生比以前的聚合物系統高兩倍以上的能量。

Venkataraman和Boyle表示，之前聚合物系統獲得的高能量存儲密度為200焦耳每克，而他們的新系統平均能達到510焦耳每克，最高可達690焦耳每克。?Venkataraman說：“根據理論研究，我們應該能夠達到每克800焦耳，但是并未做到。根據這篇論文的報道，我們已經實現了聚合體系每克存儲能量密度的頂峰，并解釋了我們是如何實現的。”

研究者們說，隨著能源儲存密度的提高，現在他們的研究工作目前專注于鋰電池的能力-新技術的應用包括太陽能墊，這些太陽能墊能夠在白天從太陽中收集能量，然后將其儲存起來在晚上加熱食物，為居住空間，衣物或毛毯等物品提供熱能。Boyle?指出，這種方法在無法接入電網的地區尤其有價值與前景。

Venkataraman認為，如果沒有?Jeffrey Grossman?在麻省理工學院的早期理論工作，這個小組是不可能實現目前的研究成果。他解釋道：“如果沒有他的論文和他對這個理論的想法，我不認為我們今天站在這個高度。”Grossman?曾經提出，如果常用的化合物，偶氮苯分子沿著剛性碳納米管排列，則可以實現更高的能量密度。這個框架使得科學家調控分子的相互作用，這項操作可決定攝取和釋放的能量。

Venkataraman解釋說：“我們理解控制排列的想法，但是我們認為，如果我們使用柔性聚合物，而不是剛性管，那怎么辦？就像一串圣誕燈，其中燈是偶氮苯分子，由于你無法在碳納米管中減小分子間的距離，所以我們認為當它們獲得能量并變得更加穩定時，聚合物鏈的結構會使偶氮苯基彼此靠近并相互作用。

他補充道，他們的想法雖然實現了，“但是我們不明白其基本原理，這個發現是出人意料的，所以我們不能停下來，每當我的學生用毫無頭緒的高數來找我的時候，我就讓他們去做更多的控制實驗去理解和驗證結果，我們必須對此保持懷疑，因為我們發現了一個不尋常的結果。”

Venkataraman說：“故事的要點在于我們認為弦線之間的距離是最重要的，這確實是重要的，但更重要的是仔細排列多根琴弦和燈光的方式。我們所使用的加工溶劑就是用來安排和調節結構的，所以連接在聚合物上的偶氮苯分子排列得非常整齊緊湊，這基本上確保了最大的填充密度。”

他們使用溶劑四氫呋喃（THF）進行此項處理，“這僅僅是因為它對這種聚合物體系來說是很好的溶劑，”?Boyle?說，“但這并沒有影響到我們剛開始時儲存的能量和后來釋放的能量。”

Venkataraman說：“這篇論文講述了在分子水平上，THF是如何影響宏觀能量的，它從溶劑分子如何與聚合物相互作用開始，事實證明這與分子的包裝有關，即如何有效安排空間，當分子被正確包裝后就可以獲得更多的能量，在這個項目上我們花了兩年的時間，但是我們終于可以證明這是可以實現的。”

Kwak說：“直接與具有最高水平實驗背景的科學家一起工作，在薛定諤中具有很高的價值。” 他強調地比喻了他在整個合作過程中親身觀察到的協同效應。 “這為我們提供了一個很好的機會，展示了計算化學在大多數創新思想邊緣的力量，正如本文所示，”他補充道。?材料化學家計劃跟進這一發現，并努力解決與充電系統有關的一些實際問題，所以他們即將制造此類電池。

原文鏈接：Paving the way for a non-electric battery to store solar energy- ScienceDaily

文獻鏈接：Paving the Way for a Non-Electric Battery to Store Solar Energy | Office of News & Media Relations | UMass Amherst

本文由材料人編輯部李妹編輯，點我加入材料人編輯部。

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