BMW赞助免电池储存太阳能技术研发

14 01月 2016

2016-01-14 08:27

太阳能技术一直以来都是聚焦在光转换为电力，但举例来说，如果你原本是在汽车上使用太阳能转电力电池来支援挡风玻璃除霜，却把中间那个“电池”拿掉，直接把太阳光电储存在挡风玻璃内的透明聚合物薄膜，稍后再直接释出光能(热)来除霜，会不会更有效率？

以上的概念是美国麻省理工学院(MIT)教授Jeffrey Grossman、博士后研究员David Zhitomirsky、博士候选人Eugene Cho所提出，他们正在开发一种太阳能集热燃料聚合物(solar thermal fuel polymer)，也就是一种能夹在两层汽车挡风玻璃(目前的汽车挡风玻璃基于安全性都有两层，以防爆裂)中间的透明薄膜，能透过改变其分子结构(一种经过设计的、对光线的反应)来储存太阳能，然后根据需求透过恢复正常的化学结构而将热能释放出来。

Zhitomirsky在接受EE Times美国版编辑专访时表示：“这种聚合物材料能设计成拥有许多不同的特性，但目前的版本是可以吸收紫外线(UV)光子，将其改变成高能量型态，然后在它变回低能量型态时会释出声子(phonons)──也就是会振动──而持续加热周遭。”

太阳能集热燃料聚合物分成三层，每层厚度约4~5微米，彼此交叉连结，能制作出厚度可调的薄膜(来源：MIT)

当然，这种太阳能转换成固态燃料技术的应用还有很多，例如在记忆体中能使用雷射来改变其分子形状由0变成1然后反覆；不过德国车厂BMW特别对MIT这项研究案提供赞助，主要目标就是因为目前电动车(EV)的挡风玻璃除霜功能消耗了许多电源，甚至有时候会让EV行驶距离减少30%。如果能藉由释放储存在挡风玻璃内的热能来达成消融冰雪的目的，将可大幅节省EV电池的能量。

MIT的研究团队主要锁定在BMW想要的应用，不过也试图将该聚合物推至其他应用领域，例如可以织进滑雪装等衣物中，使其能藉由吸收太阳光来“充电”，然后在需要时释放出热；Zhitomirsky表示：“穿上这种保暖衣，你甚至可以因此节省家里的暖气费。”

无论是哪一种应用，能免除太阳能转电力→储存到电池→加热线圈的循环，将可大幅提升整个程序的效益(当然这是在储存太阳能只是为了接下来加热某个物体的情况下)；太阳能集热燃料聚合物的低能量与高能量分子结构都是稳定的，除非在触发机制下才会改变(例如透过以电力、雷射脉冲或加热线圈…等)。

太阳能集热燃料有许多种不同的配方，能使其符合达到高能量状态并稳定之后、结构又能透过触发转回低能量状态并释出加热声子的程序；大多数的太阳能集热燃料，都是能在同一种材料中吸收光子、发射声子。MIT的团队稍早之前也曾开发出一种有同样特性的液体材料，而目前的成果是第一个能轻易大面积制作的固态聚合物薄膜；一开始团队成员是做成块状，但经过多次实验后，发现薄膜状的应用会最广。

在实验中，团队使用了泥浆状态的奈米碳管，能固定在偶氮苯(azobenzene)聚合物上；该种聚合物很容易制造，而且其化学结构能储存大量的光子，然后依据需求释放出能发热的声子。研究人员也调整了偶氮苯的化学配方，使其能被制作成多层薄膜，每层都能储存光子并经过触发同步以声子的形式释出能量。