近日，北京大學工學院於海峰課題組基於高分子複合材料，開發了一種柔性可控的太陽能熱燃料電池，以一種商業化織物為模板，與一種可在室溫下發生光致固液相態轉變的偶氮苯衍生物分子複合，該複合材料可以實現可逆、可控的太陽能存儲以及熱能釋放。
太陽能存儲及熱能釋放
太陽能作為一種持續可再生的清潔能源，受到廣泛的關注和研究。實現可控的太陽能存儲和釋放是利用太陽能最為關鍵的一步。目前，研究較普遍的存儲太陽能的方式有光伏發電、光熱轉換、光催化分解水儲氫等。其中一些存儲方式已經實現商品化，比如太陽能電池以及太陽能熱水器等就分別是光伏發電和光熱轉換的商品化實例。近年來，太陽能熱燃料（Solar thermal fuels）吸引了越來越多研究者的注意，它的工作原理是將太陽能轉化為儲能物質的化學能，即不同分子構象的能量差，並存儲起來，在特定刺激下將該部分化學能以熱的形式釋放出來。這就需要材料可以在光照下發生分子構象的變化，且該變化可逆。偶氮苯材料是一種可發生光致順反異構反應的材料，反式偶氮苯為穩態，能量較低；順式偶氮苯為亞穩態，能量較高，二者可以在特定條件下相互轉化，符合太陽能熱燃料的需求。此外，基於偶氮苯材料的太陽能熱燃料相對於降冰片二烯↔四環庚烷體系或金屬配位富瓦烯體系，具有明顯的低成本和低降解的優勢。
課題組在前期的合作研究中發現，將相變儲能材料聚氧化乙烯( PEO)作為聚氨酯大單體的組分在多孔氧化鋁納米模板中聚合，可以得到聚氨酯作為固-固相變的儲能材料，與沒有模板聚合的塊體材料相變，其相變儲能能力大大提高，主要原因是納米模板誘導了PEO 的結晶與取向（ACS Applied Polymer Materials 、2019, 1,(11), 2924-2932，Supplementary Cover Art）。
ACS Applied Polymer Materials封面文章
在此基礎上，於海峰課題組近日開發了一種柔性的太陽能熱燃料電池器件，以商業化生產的織物作為模板，與一種可在室溫下發生光致固態→液態相轉變的偶氮苯衍生物材料複合。這種基於高分子複合材料的固態太陽能熱燃料電池，可以在不借助任何溶劑的情況下實現可逆、可控的能量存儲和釋放。由於該體系中偶氮苯衍生物具有光致相變性能，它存儲的能量不僅包括偶氮苯分子不同異構體的能量差，還包括不同相態的能量差，從而提高了材料的儲能能力。此外，織物模板的使用改善了偶氮苯衍生物材料的儲能性能，即儲能密度和存儲壽命提高。該熱燃料電池器件的熱量釋放過程採用紅外熱成像儀進行實時監控，可視化地展現了它可控的能量釋放。相關論文在線發表於Advanced Energy Materials，並作為當期雜誌的Back Cover。
Advanced Energy Materials封底文章
論文第一作者胡婧是北京大學在讀博士生。相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金的資助。
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