為非電池存儲太陽能鋪平了道路

材料化學家多年來一直在嘗試制造一種新型電池，它可以將太陽能或其他光源能量存儲在化學鍵而不是電子中，這種電池可以按需釋放能量，而不是電能 - 解決了長時間的需求 - 太陽能，穩(wěn)定，高效的儲存。

現(xiàn)在，由Dhandapani Venkataraman領導的馬薩諸塞州阿默斯特大學的一組材料化學家，博士。學生和第一作者Seung Pyo Jeong，Ph.D。學生Larry Renna，Connor Boyle和其他人報告說，他們通過開發(fā)基于聚合物的系統(tǒng)解決了該領域的一個主要障礙。它可以產生能量儲存密度 - 儲存的能量 - 比以前的聚合物系統(tǒng)高出兩倍多。詳細信息出現(xiàn)在當前的科學報告中。

Venkataraman和Boyle說，聚合物體系中先前的高能量存儲密度在200焦耳/克范圍內，而他們的新系統(tǒng)平均能達到每克510焦耳，最高可達690.Venkataraman說， “理論說我們應該能夠達到每克800焦耳，但是沒人能做到。本文報道我們已達到聚合物體系中每克儲存的能量密度最高的一種，以及我們是如何做到的。”

作者說，隨著能量存儲密度的提高 - 隨著他們的工作現(xiàn)在接近鋰電池的容量 - 新技術的應用包括太陽能墊這樣的可能性，白天從太陽收集能量，然后存儲它用于加熱食物，晚上的生活空間，衣服或毯子。博伊爾指出，這種方法在無法接入電網的地區(qū)尤為重要。

Venkataraman說，如果沒有Jeffrey Grossman在麻省理工學院的早期理論工作，他的團隊成就可能是不可能的：“如果沒有他的論文和他對理論的看法，我認為我們不會得到今天的狀態(tài)。” 格羅斯曼曾建議，如果常用的化合物偶氮苯分子沿剛性碳納米管排列，可能會達到更高的能量密度。這個框架將允許科學家操縱分子相互作用，這決定了吸收和釋放多少能量。

Venkataraman解釋說，“我們理解控制排列的想法，但我們想，如果我們使用柔性聚合物，而不是剛性管怎么辦?像一串圣誕燈，其中的燈是偶氮苯分子。因為你不能做什么使用碳納米管減少分子之間的距離。我們認為聚合物鏈的結構會讓偶氮苯基團彼此靠近并相互作用，這就是它們獲得能量并變得更加穩(wěn)定的時候。

他補充說，他們的想法很有效，“但我們不明白為什么。這個發(fā)現(xiàn)是出乎意料的，所以我們不能就此止步。每次我的學生都找不到原因不明的高數字，我就把他們送回去做更多的對照實驗理解和驗證調查結果。我們必須持懷疑態(tài)度，因為我們得到了一個不尋常的結果。“

Venkataram說：“故事的轉折是我們認為琴弦中燈光之間的距離是最重要的。重要的是，更重要的是多個琴弦及其燈光的排列方式。事實證明，我們使用的加工溶劑用于排列和調節(jié)結構，因此附著在聚合物上的偶氮苯分子排列得非常整齊和緊湊。它基本上起到確保最大填充密度的作用。

他們使用溶劑四氫呋喃(THF)進行這種加工“僅僅因為它是這種聚合物體系的良好溶劑，”Boyle說，并不懷疑它會影響儲存多少能量，然后在我們剛開始時釋放出來。

Venkataraman說：“本文討論了在分子水平上THF如何影響我們在宏觀尺度上看到的能量。它首先從溶劑分子如何與聚合物相互作用開始，結果證明這與分子相關包裝，它們如何在空間中排列。當分子被正確包裝時，它們可以獲得更多的能量。它花了兩年的時間，但我們終于能夠證明這是真的。“

他補充說，與薛定諤公司，總部設在紐約的一個科學的軟件和解決方案公司的科學家合作，也幫助了馬薩諸塞大學阿默斯特科學家了解所觀察到的高的來歷起了關鍵作用的能量存儲密度。在Schrödinger的首席應用科學家Shaun Kwak的帶領下，該項目獲得了必要的公司支持，他擁有力場技術Ed Harder和Wolfgang Damm的專家。

Kwak說，“在最高級別與具有實驗背景的科學家直接合作，在薛定諤中始終具有非常高的價值。” 他強調了他在整個合作中親眼觀察到的協(xié)同效應。“它為我們提供了一個很好的機會，可以在大多數創(chuàng)新理念的邊緣展示計算化學的力量，例如本作品所示。”

材料化學家計劃跟進這一發(fā)現(xiàn)，努力解決與系統(tǒng)充電相關的一些實際問題，因此他們尚未制造電池，但即將到來。這項工作得到了UMass Amherst的支持。