变形化学品是新型太阳能电池的关键

它可以吸收和保持能量,直到需要几个小时到几个月后
3月29日,美国东部时间2019-6:30
卡斯珀·莫斯·鲍尔森展示了一台太阳能集热vwin手机器。

KasperMothPoulsen展示了vwin手机他的团队用来测试液态电池的太阳能收集器。

Johan Bodell/Chalmers理工大学

这个在里面系列呈现新闻技术创新,使成为可能慷慨地支持这个莱梅尔森基金会。

您使用的设备的电源是什么?电力,很明显。但是在哪里那个来自何方?美国三分之二的电力来自以煤为燃料的发电厂,石油或天然气。太阳能只产生1.3%的电力。然而,如果太阳不发光的时候(比如在晚上),太阳的能量可以很容易地为我们的每一个需要提供能量。瑞典的研究人员现在认为他们可能有办法做到这一点。

作为一名化学工程师,KasperMothPoulsen使用化学和物理来设计问题的解决方案。他在哥德堡的查尔姆斯理工大学工作,瑞典。他与瑞典和西班牙的其他研究人员合作解决了储存太阳能的问题。他们的解决方案是:把能量储存在悬浮在液体中的分子的键中。

分子由两个或两个以上的原子组成。这些原子通过把它们结合在一起的键来共享电子。

不同类型的分子有不同的三维形状。例如,甲烷的形状像一个叫做四面体的三边金字塔。其他分子有不同的形状。向分子中添加能量可以改变其形状。新的键现在可以在它的原子之间形成,这些原子可能持有不同的能量。当一个分子后来吸收能量时,这种能量会被困在这些新的键中。

这就是新型太阳能电池的关键所在。

利用分子内的键来储存太阳能并不是什么新鲜事。莫丝·鲍尔森的团队已经为此工作了多年。但它最初工作的分子中含有一种稀有而昂贵的金属,叫做钌。研究人员需要一个成本更低的替代方案。

为了灵感,他们转向其他化学家工作。他们很快就找到了一个很有前途的候选人,名叫诺博纳迪恩(诺博纳迪恩)。它主要由碳和氢组成,存在于所有生物中的原子。这意味着这个分子应该便宜而且容易制造。

太阳能吸收分子的结构及其如何捕捉能量的图示
研究人员制造了一种吸收阳光的分子(蓝色)。vwin手机它的原子以化学键的形式俘获太阳的能量。当这种分子的储能形式(以红色表示)流过催化剂时,vwin手机原子之间的键发生变化,分子以热的形式释放能量。
Z.王 等/能源与环境科学2019( CC 3

但仍然有一个问题。这种化学物质只能吸收紫外线——太阳光的一小部分。为了使这个分子更有用,研究人员对其进行了调整,使其能够吸收更多波长(颜色)的阳光。这项创新听起来很简单。事实上,他们花了七年才成功。现在它们的分子不仅能吸收紫外线的能量,也来自蓝光和绿光。

分子的一端对这种光起反应。当它吸收这种能量时,这个分子突然变成了一个新的形状。原子间的新键捕获了这种能量。他们紧握着它,即使在分子冷却到室温之后。

但是储存能量是没有用的,除非你能在需要的时候释放能量。因此,莫丝·鲍尔森的研究小组找到了一种方法,让分子以热量的形式释放储存的能量。研究人员把液体放在一种盐上,这种盐起到了催化剂.(催化剂是加速化学反应的材料。他们的反应没有用完,但是盐会使分子变回原来的形状。当它这样做的时候,分子释放储存在其键中的能量。这使液体的温度升高了63.4摄氏度(114华氏度),足以加热一个家庭。

研究小组在一月份的一期能源与环境科学.

太阳能未来

用这些分子制成的液体电池可以储存数天的太阳能,几个月甚至几年,莫丝·鲍尔森说。因此,夏季长时间吸收的能量可以在夜间或冬季使用,当日子不多的时候。

该小组在瑞典的实验室进行了屋顶实验,测试了其系统。这个系统工作得很好,但还不足以让每个家庭都安心。第一,研究小组需要增加分子能吸收的太阳能量。“我们的目标是达到该能量的5%到10%,莫丝·鲍尔森说。

在分子的键中储存更多的能量意味着这些分子随后会释放更多的热量。虽然系统不发电,它释放的热量可以用来驱动涡轮确实如此,莫丝·鲍尔森说。有一天,这样一个系统可以同时为建筑物供热和供电,而不需要连接任何外部电源。这些建筑也可以保持温暖,而不需要化石燃料的能源。

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莫斯·鲍尔森的团队制造的液体电池将成为该团队设计用来加热家庭的系统(插图)的一部分。
Z.王 等/能源与环境科学2019( CC 3

“我们最近发现了一些新的技巧,”莫丝鲍尔森说。他希望这些能帮助家庭供暖系统更好地工作。这将增加它的负担能力和吸引力。

杰弗里格罗斯曼发现新的数据令人兴奋。本研究他解释说:格罗斯曼是剑桥麻省理工学院的材料科学家,他说:“展示了这种技术在现实世界中的应用。”他没有参与这项研究。

迪帕·库沙拉尼也不是。她是孟买塔塔基础研究所的化学家和材料科学家,印度。马上,胡沙拉尼对新技术的发电前景不那么兴奋。驱动涡轮机或其他发动机,她注意到,这个分子必须释放足够的热量才能把水变成蒸汽。这意味着系统需要将水加热到100摄氏度(212华氏度)以上。储存电能的电池是利用太阳能量的更实用的方法,她怀疑。

但莫丝鲍尔森计划从新的储能分子中获取所需的额外热量。他的团队正在努力使其吸收黄橙光的能量,也是。加热和冷却占欧盟能源消耗的近一半。“如果[新技术]能对这一点产生微小影响,这将产生巨大的影响,”他说。

权力话语

关于强词的更多信息

三维三维的简称。这个词是一个形容词,形容具有可以用三维高度来描述的特征的事物,宽度和长度。

原子化学元素的基本单位。原子是由一个致密的原子核组成的,它包含带正电的质子和不带正电的中子。原子核被一团带负电荷的电子绕着轨道运行。

电池能把化学能转换成电能的装置。

债券(化学)分子中原子或原子群之间的半永久性连接。它是由参与原子之间的吸引力形成的。一旦粘结,原子将作为一个单位工作。为了分离组成原子,能量必须以热量或其他辐射的形式提供给分子。

原子序数为6的化学元素。它是地球上所有生命的物理基础。碳以石墨和钻石的形式自由存在。它是煤的重要组成部分,石灰石和石油,能够自我结合,化学上,为了形成大量的化学物质,生物学和商业上重要的分子。

催化剂帮助化学反应进行得更快的物质。例子包括酶和元素,如铂和铱。

化学的由两个或两个以上的原子形成的物质,以固定的比例和结构结合(键)。例如,水是一种由两个氢原子和一个氧原子结合而成的化学物质。它的化学式是HO化学也可以是一个形容词,用来描述不同化合物之间的各种反应所导致的材料性质。

化学工程师利用化学来解决与食品生产有关的问题的研究人员,燃料,药品和许多其他产品。

化学反应一种涉及物质分子或结构重新排列的过程,相对于物理形态的变化(如从固体变成气体)。

化学研究组成的科学领域,物质的结构和性质及其相互作用。科学家利用这些知识来研究不熟悉的物质,复制大量有用物质或设计和创造新的有用物质。(关于化合物)化学也用作指化合物的配方的术语,它的生产方式或某些特性。在这个领域工作的人被称为化学家。

同事与他人合作的人;同事或团队成员。

电荷流,通常是由于负电荷粒子的运动,称为电子。

电子带负电荷的粒子,通常发现围绕原子的外部区域运行;也,固体中电的载体。

发动机把能量转换成有用的机械运动的机器。有时,发动机被称为发动机。(在计算机科学中)执行特定任务的计算机程序,功能范围狭窄。

工程师利用科学解决问题的人。作为动词,对工程师来说,就是设计一个装置,解决某些问题或未满足需求的材料或工艺。

环境科学对生态系统的研究,以帮助识别环境问题和可能的解决办法。环境科学可以把包括物理学在内的许多领域结合起来,化学,生物学和海洋学,以了解生态系统如何运作,以及人类如何与生态系统和谐共存。在这个领域工作的人被称为环境科学家。

欧洲联盟同意和平共事的28个欧洲国家联合会。欧盟居民可以在其成员国之间自由流动并向他们出售商品。大多数成员国也采用了同样的货币,被称为欧元。

化石燃料任何燃料,如煤,石油(原油)或天然气——它们在地球内部从腐烂的细菌残骸中发展了数百万年,动植物。

基本的基本的事物或作为另一事物或思想的基础。

宇宙中最轻的元素。作为一种气体,无色,无臭且高度易燃。它是许多燃料的组成部分,构成活组织的脂肪和化学物质。它是由一个单电子围绕着一个质子(作为它的核)而形成的。

创新(v.)创新;形容词。创新)对现有想法的适应或改进,新工艺或新产品,聪明的,更有效或更实用。

液体自由流动但保持恒定体积的材料,像水或油。

材料科学研究一种物质的原子和分子结构与它的整体性质之间的关系。材料科学家可以设计新材料或分析现有材料。他们对一种材料的总体特性(如密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度、密度强度和熔点)可以帮助工程师和其他研究人员选择最适合新应用的材料。在这个领域工作的科学家被称为材料科学家.

甲烷化学式为ch的碳氢化合物(意味着有四个氢原子与一个碳原子结合)。它是被称为天然气的天然成分。它也由湿地中的植物分解物释放出来,被奶牛和其他反刍动物打嗝。从气候角度来看,甲烷在吸收地球大气热量方面比二氧化碳强20倍,使之成为一种非常重要的温室气体。

分子一种电中性原子团,代表尽可能少的化学化合物。分子可以由单一类型的原子或不同类型的原子组成。例如,空气中的氧由两个氧原子组成(O)但是水是由两个氢原子和一个氧原子组成的(Ho)。

物理学对物质和能量的性质和性质的科学研究。经典物理学是对物质和能量的性质和性质的解释,它依赖于牛顿运动定律等描述。量子物理,后来出现的一个研究领域,是解释物质运动和行为的更准确的方法。在这些领域工作的科学家被称为物理学家。

金字塔一种具有方形或三角形底座和倾斜边的纪念性建筑,在顶部相交。

由酸和碱结合而成的化合物(在同时产生水的反应中)。海洋中含有许多不同的盐,统称为“海盐”,常见的食盐是由钠和氯组成的。

太阳能太阳光中的能量,可以被捕获为热能或转换成热能或电能。有些人把风力称为太阳能的一种形式。原因:风是由温度和空气密度的变化驱动的,这两个都受太阳光加热空气的影响,地下水和地表水。

悬浮液(在化学中)颗粒分散的混合物(或暂停的)整个液体的体积。

技术将科学知识用于实际目的,尤其是在工业或设备领域,从这些努力中产生的过程和系统。

涡轮一种带有延伸的臂状叶片(通常是弯曲的)的装置,用来捕捉运动中的流体——从气体或蒸汽到水的任何东西——然后将运动中的能量转换成旋转运动。通常,旋转运动会驱动系统发电。

紫外线一部分接近紫罗兰色但肉眼看不见的光谱。

波长一系列波中一个峰与另一个峰之间的距离,或者一个槽和下一个槽之间的距离。它也是用来测量辐射的“尺度”之一。可见光-它,就像所有的电磁辐射一样,波传播-包括波长在380纳米(紫色)到740纳米(红色)之间。波长小于可见光的辐射包括伽马射线,X射线和紫外线。长波辐射包括红外光,微波和无线电波。

可读性得分:

七点六

引用

期刊:Z.王等。分子太阳能储热系统的宏观放热.能源与环境科学.卷。12,2019年1月,P.187。doi:10.1039/c8ee01011k。