太阳能是一种巨大的能量--地球仅在一小时内接受的太阳能就可以满足人类全年的能源需求--前提是我们要知道如何获取并存储太阳能。但眼下存储阳光已经变得微不足道:一名来自哥本哈根大学化学系的学生通过他自己的研究方法,取得了在阴雨天获取并存储太阳能的关键技术突破。
Anders Bo Skov最近在哥本哈根大学化学系攻读其硕士学位,并与其导师Mogens Brondsted Nielsen一道为将要发表在《化学--欧洲期刊》上的《二氢薁乙烯基庚烯光致变色系统中太阳能的存储》做研究。
Brondsted教授作为哥本哈根大学“太阳能研究中心”的负责人,他的团队尝试在分子级获取并存储可观时间和数量的太阳能,并在需要的时候释放。遗憾的是经过一年研究之后,他的团队被困在了恼人的自然规律之中:随着分子储能容量的提升,储能容量却随时间下降了,反之亦然。
该团队致力于二氢薁乙烯基庚烯系统中分子的研究,简单来说,系统通过改变分子形状来储能。但每次Brondsted教授的团队设法改进设计分子后,分子就会失去部分储能形状,Brondsted教授介绍到。
“无论我们做什么,分子都会在1到2小时后就恢复形状,释放存储的能量。Anders的成就就在于他成功地在分子中加倍了能量密度并可保持该分子形状100年。眼下我们唯一的问题就是如何再次释放能量,分子似乎不再想变回去了” Mogens Brondsted微笑着说。
在学士阶段,Anders Bo Skov曾经花了4个月时间解决分子不稳定问题,并在关键时刻取得了关键进展。化学非常像烘焙,比如说,烤箱里没烤出面包,如果面团证明存在但面粉却消失了。按照这个比喻,Skov的“面包”就这么在他的双手间消失无踪了--他努力研究的分子就是如此的不稳定。
“我的化学“配方”需要四步才能就绪,前三步都是小菜一碟,我仅用1个月就完成了。最后一步花了我3个月时间才完成。” Skov介绍说。
无论采用什么方法,储能总有能量密度理论极限值…再有就是现实了:理论上,如果设计得当,1千克正确的分子可以存储1MJ能量,这些能量足以将3升水从室温加热到沸腾。
“Anders的成就是一项重要突破,不可否认地是在需要时我们还没有好方法释放这些能量,但未来的研究方向仍然是增大储能密度,但我们知道采取何种途径可以走向成功” Mogens Brondsted教授满心欢喜地说,Skov也很兴奋:主要是源于其分子较常见的分子更加稳定,他们不仅在太阳能存储上获得了突破,而且这些分子是完全无毒的,Skov补充说。
“当这些分子步入储能领域,我们最大的竞争对手来自锂离子电池,但锂是有毒金属。我们的分子工作时既不释放二氧化碳,也不产生任何化合物。它是“阳光进-能量出”的模式。而且,当分子寿命结束后会降解成一种着色剂,洋甘菊中也存在这种着色剂” 这名硕士生解释到。
尽管前进路上挫折不断,但Skov对于其带到硕士阶段的学士项目仍感到异常兴奋。通常来讲,硕士生开始论文课题研究前会先上一年课程,但Skov在结束学士项目后直接在实验室继续其研究。他加入太阳能研究中心以便继续推进他调整太阳能捕获分子的想法。现在,他希望能够按需释放能量,这个25岁的硕士研究生对兼容分子结构充满了想法。
1千克Skov的分子仅能煮沸0.75升的水,但只需3分钟。这意味着Skov的分子每小时可以煮沸15升水,而且Skov并与其导师相信这仅仅是个开始。