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功率技術/新能源  

BMW贊助免電池儲存太陽能技術研發

上網時間: 2016年01月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:太陽能  電池    BMW  汽車 

太陽能技術一直以來都是聚焦在轉換為電力,但舉例來說,如果你原本是在汽車上使用太陽能轉電力電池來支援擋風玻璃除霜,卻把中間那個「電池」拿掉,直接把太陽光電儲存在擋風玻璃內的透明聚合物薄膜,稍後再直接釋出光能(熱)來除霜,會不會更有效率?

以上的概念是美國麻省理工學院(MIT)教授Jeffrey Grossman、博士後研究員David Zhitomirsky、博士候選人Eugene Cho所提出,他們正在開發一種太陽能集熱燃料聚合物(solar thermal fuel polymer),也就是一種能夾在兩層汽車擋風玻璃(目前的汽車擋風玻璃基於安全性都有兩層,以防爆裂)中間的透明薄膜,能透過改變其分子結構(一種經過設計的、對光線的反應)來儲存太陽能,然後根據需求透過恢復正常的化學結構而將熱能釋放出來。

Zhitomirsky在接受EE Times美國版編輯專訪時表示:「這種聚合物材料能設計成擁有許多不同的特性,但目前的版本是可以吸收紫外線(UV)光子,將其改變成高能量型態,然後在它變回低能量型態時會釋出聲子(phonons)──也就是會振動──而持續加熱週遭。」

太陽能集熱燃料聚合物分成三層,每層厚度約4~5微米,彼此交叉連結,能製作出厚度可調的薄膜
太陽能集熱燃料聚合物分成三層,每層厚度約4~5微米,彼此交叉連結,能製作出厚度可調的薄膜 (來源:MIT)

當然,這種太陽能轉換成固態燃料技術的應用還有很多,例如在記憶體中能使用雷射來改變其分子形狀由0變成1然後反覆;不過德國車廠BMW特別對MIT這項研究案提供贊助,主要目標就是因為目前電動車(EV)的擋風玻璃除霜功能消耗了許多電源,甚至有時候會讓EV行駛距離減少30%。如果能藉由釋放儲存在擋風玻璃內的熱能來達成消融冰雪的目的,將可大幅節省EV電池的能量。

MIT的研究團隊主要鎖定在BMW想要的應用,不過也試圖將該聚合物推至其他應用領域,例如可以織進滑雪裝等衣物中,使其能藉由吸收太陽光來「充電」,然後在需要時釋放出熱;Zhitomirsky表示:「穿上這種保暖衣,你甚至可以因此節省家裡的暖氣費。」

太陽能集熱燃料聚合物原理示意圖
太陽能集熱燃料聚合物原理示意圖(來源:MIT)

無論是哪一種應用,能免除太陽能轉電力→儲存到電池→加熱線圈的循環,將可大幅提升整個程序的效益(當然這是在儲存太陽能只是為了接下來加熱某個物體的情況下);太陽能集熱燃料聚合物的低能量與高能量分子結構都是穩定的,除非在觸發機制下才會改變(例如透過以電力、雷射脈衝或加熱線圈…等)。

太陽能集熱燃料有許多種不同的配方,能使其符合達到高能量狀態並穩定之後、結構又能透過觸發轉回低能量狀態並釋出加熱聲子的程序;大多數的太陽能集熱燃料,都是能在同一種材料中吸收光子、發射聲子。MIT的團隊稍早之前也曾開發出一種有同樣特性的液體材料,而目前的成果是第一個能輕易大面積製作的固態聚合物薄膜;一開始團隊成員是做成塊狀,但經過多次實驗後,發現薄膜狀的應用會最廣。

在實驗中,團隊使用了泥漿狀態的奈米碳管,能固定在偶氮苯(azobenzene)聚合物上;該種聚合物很容易製造,而且其化學結構能儲存大量的光子,然後依據需求釋放出能發熱的聲子。研究人員也調整了偶氮苯的化學配方,使其能被製作成多層薄膜,每層都能儲存光子並經過觸發同步以聲子的形式釋出能量。

太陽能集熱燃料聚合物的製作程序
太陽能集熱燃料聚合物的製作程序 (來源:MIT)

目前偶氮苯薄膜的一個缺點是會略為發黃,不過研究人員有信心把它變成完全透明的;研究團隊也正在想辦法提升其發熱溫度。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: BMW Funds Battery-less Solar Storage,by R. Colin Johnson)





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