集太阳能捕获和存储于一体的新设备

诸平

The hybrid device consists of a molecular storage material (MSM) and a localized phase-change material (L-PCM), separated by a silica aerogel to maintain the necessary 

据当地时间2019年11月20日来自美国休斯顿大学（University of Houston，简称UH）的消息，该大学的研究人员已经开发出就可以有效地捕获太阳能，又可以存储太阳能的一种新设备。这种混合装置由分子存储材料（molecular storage material简称MSM）和局部相变材料（localized phase-change material简称L-PCM）组成，并通过硅胶气凝胶分隔以保持必要的温差。这种新设备为太阳能的广泛应用提供了希望。

与依靠光伏技术直接发电的太阳能电池板和太阳能电池不同，混合动力设备从太阳中吸收热量并将其存储为热能。它解决了阻碍太阳能的更大规模使用过程中的一些问题，尽管阳光时间有限，阴天和其他限制因素仍为人们提供了全天候使用太阳能的途径。

这项工作在11月19日发表在《焦耳》（Joule）杂志的一篇论文中进行了描述，结合了分子能量存储和潜热存储，以生产出集成的捕获和储藏设备，可以实现24小时全天候运行。研究人员报告说，小规模运行的捕获效率为73％，大规模运行的捕获效率高达90％。

研究人员说，晚上储能回收率高达80％，白天的回收率甚至更高。

UH机械工程副教授Hadi Ghasemi，也是该论文的通讯作者，他说该论文的高效捕获部分归因于该设备能够捕获阳光的全部光线（不受波长限制），并将其收集用于立即使用并将多余的部分转化为分子能量存储。

该器件作为分子存储材料，是用降冰片二烯-四环烷（norbornadiene-quadricyclane）合成的，该化合物是一种有机化合物，研究人员说该有机化合物显示出高的比能和出色的热量释放，同时在延长的存储时间内保持稳定。Hadi Ghasemi表示，可以应用相同的概念而使用不同的材料，从而使性能（包括工作温度和效率）得到优化。

卡伦杰出大学（Cullen Distinguished University）化学讲座教授T. Randall Lee（上述论文的一位通讯作者，也是UH德克萨斯州超导中心的首席研究员）说，该设备通过多种方式提高了效率：太阳能以分子形式而不是以热量的形式存储，不会随着时间的流逝而造成热量散逸，集成系统也因为不需要通过管道输送存储的能量，所以减少了热损失。

T. Randall Lee说：“白天，太阳能热能可以在高达120℃的温度下收集。到了晚上，当太阳辐射很少或没有时，分子存储材料将收集到的能量收集起来，将其从能量较低的分子转换为能量较高的分子。”他说，这使储存的能量在夜间比白天在更高的温度下产生热能，即使在太阳不发光的情况下，也提高了可利用的能量。更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

Varun Kashyap，Siwakorn Sakunkaewkasem，Parham Jafari, Masoumeh Nazari，Bahareh Eslami，Sina Nazifi，Peyman Irajizad，Maria D. Marquez，T. Randall Lee，Hadi Ghasemi. Full Spectrum Solar Thermal Energy Harvesting and Storage by a Molecular and Phase-Change Hybrid Material, Joule (2019). DOI: 10.1016/j.joule.2019.11.001

New hybrid device can both capture and store solar energy

 Summary

Efficient solar thermal energy harvesting and storage are critical steps toward utilizing the abundant solar irradiation that reaches the surface of the earth. Current solar thermal approaches rely on costly high optical concentration systems, leading to high heat losses by hot bulk materials and surfaces. At the same time, the energy stored in the form of thermal energy has inherently large temporal losses. Here, we combine the physics of molecular energy and latent heat storage to introduce an integrated, simultaneous harvesting and storage hybrid paradigm for potential 24/7 energy delivery. The hybrid paradigm utilizes heat localization during the day to provide a harvesting efficiency of 73% at small scale and ～90% at large scale. Remarkably, at night, the stored energy by the hybrid system is recovered with an efficiency of 80% and at a higher temperature than that of the day, in contrast to all of the state-of-the-art systems.