为非电池存储太阳能铺平了道路

材料化学家多年来一直在尝试制造一种新型电池，它可以将太阳能或其他光源能量存储在化学键而不是电子中，这种电池可以按需释放能量，而不是电能 - 解决了长时间的需求 - 太阳能，稳定，高效的储存。

现在，由Dhandapani Venkataraman领导的马萨诸塞州阿默斯特大学的一组材料化学家，博士。学生和第一作者Seung Pyo Jeong，Ph.D。学生Larry Renna，Connor Boyle和其他人报告说，他们通过开发基于聚合物的系统解决了该领域的一个主要障碍。它可以产生能量储存密度 - 储存的能量 - 比以前的聚合物系统高出两倍多。详细信息出现在当前的科学报告中。

Venkataraman和Boyle说，聚合物体系中先前的高能量存储密度在200焦耳/克范围内，而他们的新系统平均能达到每克510焦耳，最高可达690.Venkataraman说， “理论说我们应该能够达到每克800焦耳，但是没人能做到。本文报道我们已达到聚合物体系中每克储存的能量密度最高的一种，以及我们是如何做到的。”

作者说，随着能量存储密度的提高 - 随着他们的工作现在接近锂电池的容量 - 新技术的应用包括太阳能垫这样的可能性，白天从太阳收集能量，然后存储它用于加热食物，晚上的生活空间，衣服或毯子。博伊尔指出，这种方法在无法接入电网的地区尤为重要。

Venkataraman说，如果没有Jeffrey Grossman在麻省理工学院的早期理论工作，他的团队成就可能是不可能的：“如果没有他的论文和他对理论的看法，我认为我们不会得到今天的状态。” 格罗斯曼曾建议，如果常用的化合物偶氮苯分子沿刚性碳纳米管排列，可能会达到更高的能量密度。这个框架将允许科学家操纵分子相互作用，这决定了吸收和释放多少能量。

Venkataraman解释说，“我们理解控制排列的想法，但我们想，如果我们使用柔性聚合物，而不是刚性管怎么办?像一串圣诞灯，其中的灯是偶氮苯分子。因为你不能做什么使用碳纳米管减少分子之间的距离。我们认为聚合物链的结构会让偶氮苯基团彼此靠近并相互作用，这就是它们获得能量并变得更加稳定的时候。

他补充说，他们的想法很有效，“但我们不明白为什么。这个发现是出乎意料的，所以我们不能就此止步。每次我的学生都找不到原因不明的高数字，我就把他们送回去做更多的对照实验理解和验证调查结果。我们必须持怀疑态度，因为我们得到了一个不寻常的结果。“

Venkataram说：“故事的转折是我们认为琴弦中灯光之间的距离是最重要的。重要的是，更重要的是多个琴弦及其灯光的排列方式。事实证明，我们使用的加工溶剂用于排列和调节结构，因此附着在聚合物上的偶氮苯分子排列得非常整齐和紧凑。它基本上起到确保最大填充密度的作用。

他们使用溶剂四氢呋喃(THF)进行这种加工“仅仅因为它是这种聚合物体系的良好溶剂，”Boyle说，并不怀疑它会影响储存多少能量，然后在我们刚开始时释放出来。

Venkataraman说：“本文讨论了在分子水平上THF如何影响我们在宏观尺度上看到的能量。它首先从溶剂分子如何与聚合物相互作用开始，结果证明这与分子相关包装，它们如何在空间中排列。当分子被正确包装时，它们可以获得更多的能量。它花了两年的时间，但我们终于能够证明这是真的。“

他补充说，与薛定谔公司，总部设在纽约的一个科学的软件和解决方案公司的科学家合作，也帮助了马萨诸塞大学阿默斯特科学家了解所观察到的高的来历起了关键作用的能量存储密度。在Schrödinger的首席应用科学家Shaun Kwak的带领下，该项目获得了必要的公司支持，他拥有力场技术Ed Harder和Wolfgang Damm的专家。

Kwak说，“在最高级别与具有实验背景的科学家直接合作，在薛定谔中始终具有非常高的价值。” 他强调了他在整个合作中亲眼观察到的协同效应。“它为我们提供了一个很好的机会，可以在大多数创新理念的边缘展示计算化学的力量，例如本作品所示。”

材料化学家计划跟进这一发现，努力解决与系统充电相关的一些实际问题，因此他们尚未制造电池，但即将到来。这项工作得到了UMass Amherst的支持。