数字储能网讯：一直以来，以紧凑、可循环充电的形式储存太阳能，始终是太阳能大规模利用的挑战之一，太阳能电池板只能在日照时发电，夜晚和阴天仍需依赖电网或储能设施。近期，美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校科研团队开发出一种“液体太阳能电池”，能够将捕获的阳光以化学键形式储存数月乃至数年，之后可按需以热能形式释放。业内人士指出，这是分子太阳能储热技术的一次创新，标志着太阳能储热技术向离网供暖、工业用热等实际应用迈出关键一步。

■■ 将太阳能“锁”进分子结构

太阳能储热的传统思路大多是用材料本身升温来保存热量，比如，太阳热发电站里的熔盐，但这种方法既需要厚重的绝热层，热量也会随着时间逐渐散失，难以实现跨季甚至跨年储存。加利福尼亚大学圣巴巴拉分校科研团队从分子级别寻找突破口，让单个分子充当“微型储能罐”。

根据该科研团队在学术期刊《科学》发表的研究报告，“液体太阳能电池”技术主要是原材料创新，即能将太阳能“锁”进分子结构并保存数年之久的“液体”，其突破了分子太阳能储热系统长期难以达到实用温区的瓶颈。这种“液体”是一种经特殊设计的嘧啶酮有机分子溶液，分子架构灵感源自DNA中一种可在紫外光下可逆变形的天然组分。本质上，其实就是一种基于嘧啶酮分子光异构反应的太阳能储热介质。

该技术原理模仿生活中光致变色材料的原理：变色眼镜在室内是透明的，走到阳光下变暗，回到室内又恢复透明。科研团队借用这一思路，只是目标从“变色”换成储能。在阳光照射下，嘧啶酮有机分子溶液吸收光子后会发生结构变化，从而有效“锁住”光能并可稳定保持数月甚至数年之久，当施加微小触发条件如催化剂或瞬间加热，之前储存在化学键中的能量会迅速释放出来，转化为热量。

“我们利用变色眼镜‘改变颜色’的思路，找到了储存阳光的方法。”科研团队负责人、研究第一作者Han Nguyen表示，“好比一个可充电的太阳电池，能储存阳光，并且可以反复充电，而且环境友好。”

■■ 能量密度是锂离子电池两倍

实验室里的演示让“液体太阳能电池”的实用性有了直观证明：成功释放出足够剧烈的热量，能在正常环境条件下迅速将水煮沸。《科学》指出，烧开水看似普通，其实是非常耗能的相变过程，而此前分子太阳能储热系统难以达到这种实用的温度水平，此次的科研结果被视为一个重要里程碑。

从数据上看，该项研究同样优势明显。“液态太阳能电池”的能量密度超过1.6兆焦/千克，几乎是锂离子电池能量密度的两倍。这意味着，携带同样重量的储能介质，这套液体系统能提供加倍的热量。更难得的是，储能循环高度可逆。与普通电池会随着时间流逝因物理磨损而悄然衰减不同，嘧啶酮有机分子溶液循环具有高度可逆性，能够无限次充放电而不损失容量，展现出极长的理论循环寿命。

从储能形态看，“液态太阳能电池”不直接输出电力，而是输出热能，因为其并非利用光伏效应将太阳光直接转化为电能，而是捕获光并将其转化为稳定的化学势能。不过，科研团队已经在探索将其与超薄的热电发电机相耦合，旨在实现按需同时提供热能和电流的目标。这样一来，释放出的热量便可通过温差发电同时提供一部分电流，实现热电联供。

■■ 可用于离网供暖和工业热源

值得一提的是，“液态太阳能电池”的热能释放功率密度与可控性，可以与不同应用场景需求相匹配，尤其适合那些本来就以热为主要需求的场合。比如，白天在屋顶的太阳能集热器里循环流动，吸收阳光“充能”后流入地下储罐；到了晚上，再泵入热水锅炉或地暖系统释放热量，为家庭提供清洁供暖。对于缺电的离网地区，也可以成为便携式热源，用于露营、野外烹饪或设备除霜。

在工业领域，许多中低温供热过程如食品干燥、发酵、洗浴热水供应等，目前仍依赖燃气锅炉或电加热，如果换成“液态太阳能电池”，就能替代一部分化石能源，降低碳排放。在民用领域，可以作为家庭或社区级的长时储能单元，提高可再生能源的自发自用。

不过，从实验室到大规模应用，“液态太阳能电池”技术还需要克服诸多挑战。美国《每日科学》指出，优化系统设计、匹配不同场景的功率需求、系统集成创新等，是下一步需要解决的重要工程问题。目前，嘧啶酮分子的光吸收主要集中在紫外波段，而太阳光中紫外光只占大约5%，这限制了充能速度。通过模拟计算，科研团队发现，通过给分子装上给电子或吸电子的基团，可以将吸收波长红移到可见光区，从而更高效地利用太阳光谱。此外，光能到化学能的转换效率、热能释放后的利用率等系统综合性能，也还有不小的提升空间。