美國加州大學等組成的研究團隊開發了一項新型分子技術,可將陽光的熱能轉換並儲存為化學能,並於需要時釋放利用。此項技術屬於「分子太陽熱能儲存(MOST)」,其理論能量密度能超越既有蓄電池,可望應用作為住宅供暖與熱水系統的次世代儲能方案。MOST利用受光後會改變結構與性質的分子,將太陽能儲存在分子內部。此概念自1960年代即開始研究,但因單位體積可釋放能量低於電池,長年以來相關研究未能有所突破。
此次研究中,加州大學聖塔芭芭拉分校等從紫外線造成DNA損傷的機制獲得靈感,設計出以「嘧啶酮(Pyrimidone)」為核心的分子系統。此類化合物在光或熱作用下會發生結構變形,形成高能量的「異構體」,並可在外部刺激下恢復原狀,實現能量的可逆儲存與釋放。新材料的能量密度達每公斤1.65兆焦耳,高於一般鋰離子電池約0.9兆焦耳的水準。其儲能半衰期最長可達3.4年,且經約20次充放熱循環仍幾乎無劣化,展現優異的穩定性與耐久性。
研究團隊指出,既有MOST面臨「高能量密度與低穩定性難以兼具」的問題,而嘧啶酮系統成功改善此一權衡關係。然而,目前此技術仍有所侷限,由於儲存能量主要來自紫外線,而紫外線僅占太陽光的數百分比,且僅限於波長300~310奈米的狹窄範圍,影響實際效率。詳細瞭解MOST材料開發的立命館大學專家也指出,實際應用時仍須克服吸收波長範圍、裝置化後能量密度下降等問題,因此距離商業化尚有一段距離。
在氣候變遷、能源安全等議題升溫下,太陽能多元利用技術再度受到重視。全球約有半數能源消耗用於供暖,且多依賴化石燃料。若MOST系統能取代既有供熱方式,將有助於大幅減少溫室氣體排放。未來若在成本競爭力、輕量化及系統整合方面取得突破,此項新技術將可望邁向實用化。