台北時間12月1日訊息，美國科學家發現一種罕見的金屬，能夠吸收陽光並以熱量的形式無限期存儲，需要的時候再將存儲的熱量釋放。這一發現為研製下一代太陽能裝置鋪平了道路，即能夠利用太陽能並無限期存儲熱量。麻省理工學院的研究人員表示，這種金屬可用於製造“可充電的熱量電池”，用以為房屋供暖。 這種罕見的金屬被稱之為“二釕富瓦烯”。吸收陽光時，二釕富瓦烯的分子會改變形狀，變成半穩定狀態，但這種狀態非常安全。它們能夠無限期存儲熱量，藉助於一種催化劑，它們又可以恢復到最初形態，同時釋放所儲存的巨大熱量。這些熱量可用於為房屋供暖。
當前使用的絕大多數太陽能裝置能夠將太陽能轉化成電能或者熱量，但它們無法將暫時不用的能量存儲起來。釋放熱量時，使用二釕富瓦烯製成的燃料溫度可達到200攝氏度。這種方式被稱之為“熱化學方式”，效率遠高於常規太陽熱系統，後者需要使用絕緣材料，讓熱量逐漸釋放。
基本介紹
- 中文名：二釕富瓦烯
- 外文名：fulvalenediruthenium
簡介,作用機理,用途,套用難點,
簡介
研究論文主執筆人傑弗里·格羅斯曼表示：“它利用了太陽熱能的很多優勢，但卻以燃料的方式存儲熱量。存儲的熱量可以釋放，整個過程在長期內較為穩定。你可以在需要的時候使用存儲的能量。你可以將燃料放在陽光下，為其充能，而後使用存儲的能量，用完之後再將它放在陽光下再次充能。”
利用這項新技術的主要障礙是二釕富瓦烯較為稀有，使用成本極高。二釕富瓦烯來自於釕。釕是一種罕見而昂貴的白色硬金屬元素，每年開採的釕大約只有12噸。此外，釕也是核裂變的一種副產品，但這一過程使其變得極其昂貴。科學家認為，既然已經了解釕儲存和釋放能量的工作原理，他們有望發現其他具有類似特性同時造價較為低廉的材料。
作用機理
美國研究人員精確地揭示了二釕富瓦烯（fulvalene diruthenium）分子的工作原理。1996年被科學家發現的這種物質可按需存儲和釋放熱能。研究人員表示，新研究有助於科學家發現和設計出比該物質更便宜的替代品，從而研發出可存儲和釋放熱能而不是電能的電池。相關研究發表在2010年12月出版的《套用化學》雜誌上。
之前的研究表明，二釕富瓦烯分子吸收陽光時，其結構會發生變化：將其置於更高能的狀態，其會長久保持穩定；額外給其添加一點熱或催化劑會讓其退回到原始形狀，並釋放出熱量。但研究人員現在發現，整個過程更複雜。
美國麻省理工學院材料科學和工程系電力工程學副教授傑弗里·格羅斯曼表示：“我們的研究結果表明，在上述過程中存在一個起關鍵作用的中間步驟。” 他解釋說，在這箇中間步驟中，二釕富瓦烯分子會在兩個已知狀態之間，形成一個半穩定結構。中間步驟的發現表明，二釕富瓦烯分子並非如此穩定，因此，科學家可尋找比釕更便宜的替代品。由於該過程是可逆的，這也使得“製造出一種可充放熱能的熱電池成為可能”，這種電池能夠重複地存儲和釋放從太陽光和其他來源中收集到的熱能。格羅斯曼表示，從原理上講，使用二釕富瓦烯製造的電池，當它存儲的熱能全部釋放時，“能夠讓周圍的溫度達到200攝氏度，足夠加熱房間，或者驅使發動機發電”。
太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種。這種熱能電池主要“利用了太陽熱能的優勢，其穩定狀態可以持續很長時間，以便在需要時使用；而且，這種電池是可逆的，可將其置於太陽光下進行充熱，存儲的熱能使用完後可重新放回到太陽光下充熱”
用途
二釕富瓦烯這一發現為研製下一代太陽能裝置鋪平了道路，即能夠利用太陽能並無限期存儲熱量。麻省理工學院的研究人員表示，這種金屬可用於製造“可充電的熱量電池”，用以為房屋供暖。
研究論文主執筆人傑弗里·格羅斯曼表示：“它利用了太陽熱能的很多優勢，但卻以燃料的方式存儲熱量。存儲的熱量可以釋放，整個過程在長期內較為穩定。你可以在需要的時候使用存儲的能量。你可以將燃料放在陽光下，為其充能，而後使用存儲的能量，用完之後再將它放在陽光下再次充能。”
套用難點
利用這項新技術的主要障礙是二釕富瓦烯較為稀有，使用成本極高。二釕富瓦烯來自於釕。釕是一種罕見而昂貴的白色硬金屬元素，每年開採的釕大約只有12噸。此外，釕也是核裂變的一種副產品，但這一過程使其變得極其昂貴。
釕存在著稀缺性和成本高兩個問題。理解了這種分子的工作原理，科學家應該很容易發現其他“工作方式相同”的材料。研究人員接下來打算將二釕富瓦烯的工作過程與數百萬已知分子組成的資料庫結合起來，尋找其他擁有相同結構、能表現出同樣行為的候選材料，進一步加快研發新的太陽熱能電池
