研究概要：加州大学圣巴巴拉分校的研究人员创造了一种新型材料，其工作原理类似于“可充电的太阳电池”，将阳光储存在微小的分子中，之后以热量的形式释放——即使太阳已经下山。该材料基于一种名为嘧啶酮的改性有机分子，每公斤储存的能量超过锂离子电池。在实验中，这种分子释放的热量足以在常温下烧开水，有望用于离网供暖、家用热水等场景。

研究人员创造了一种“可充电的太阳电池”，将阳光储存在分子中，随后释放的热量足以烧开水。

加州大学圣巴巴拉分校的研究人员认为，他们可能找到了一个解决方案，无需庞大的电池系统或依赖电网。该研究作者、副教授格蕾丝·韩（Grace Han）及其研究团队在《科学》杂志上描述了一种新型材料，能够吸收阳光、将能量储存在化学键中，并在需要时以热量的形式释放。该材料基于一种名为嘧啶酮的改性有机分子，代表了分子太阳能热储能技术的新进展。

该研究主要作者、韩教授课题组博士生阮汉（Han Nguyen）说：“这个概念是可重复使用、可循环的。”

“想想光致变色太阳镜。你在室内时，镜片是透明的。走到阳光下，镜片自动变暗。回到室内，镜片又变透明，”阮汉继续说：“我们对这种可逆变化感兴趣。只不过我们不想改变颜色，而是想利用同样的思路来储存能量，需要时释放，然后反复使用这种材料。”

受DNA启发的太阳能存储

科学家在设计分子时从一个意想不到的来源获得了灵感：DNA。嘧啶酮的结构类似于DNA中天然存在的一种成分，它在紫外线照射下可以可逆地改变形状。

研究团队利用该结构的合成版本，设计出一种能够反复储存和释放能量的分子。为了更好地理解该分子在长期储存能量时为何保持稳定，研究人员与加州大学洛杉矶分校杰出研究教授霍克（Ken Houk）合作。计算模型帮助解释了这种材料如何能够将储存的能量保持数年而几乎没有损失。

阮汉说：“我们优先考虑轻量、紧凑的分子设计。在这个项目中，我们精简了所有不必要的部分。任何不必要的东西都被移除，以使分子尽可能紧凑。”

可重复使用的“太阳电池”

与直接将阳光转化为电力的标准太阳能电池板不同，这个系统以化学方式储存能量。该分子的行为有点像压缩弹簧。吸收阳光后，它转变为一种高能量的拉伸状态，并保持在该状态直到被激活。当接触到触发因素（如少量热量或催化剂）时，分子迅速恢复到原始形态，以热量的形式释放储存的能量。

阮汉说：“我们通常把它描述为一个可充电的太阳电池。它储存阳光，并且可以充电。”

该分子还具有令人印象深刻的能量密度。据研究人员称，它每公斤储存的能量超过1.6兆焦耳。相比之下，传统锂离子电池每公斤储存约0.9兆焦耳。这种新材料也优于早期的光学储能开关。

新材料可利用储存的阳光烧开水

该团队的一个重要里程碑是将分子的高能量存储能力转化为实际演示。在实验中，研究人员证明，这种材料可以在常温条件下释放足够的热量来烧开水——这在该研究领域一直很难实现。

阮汉说：“烧水是一个能量密集型的过程。我们能够在常温下烧开水，这是一个巨大的成就。”

该技术最终可以支持各种实际应用，包括露营时的离网供暖系统或家庭热水应用。由于该材料可溶于水，研究人员表示，有朝一日它可以在白天的屋顶太阳能收集器中循环，然后储存在夜间释放热量的水箱中。

该研究合著者、韩教授实验室博士生贝克（Benjamin Baker）说：“使用太阳能电池板，你需要额外的电池系统来储存能量。而使用分子太阳能热储能，材料本身就能储存来自阳光的能量。”

该项目得到了摩尔发明家奖学金的支持，该奖学金于2025年授予韩教授，以推进这些“可充电太阳电池”的开发。

参考文献：Molecular solar thermal energy storage in Dewar pyrimidone beyond 1.6 megajoules per kilogram.Science, 2026; 392 (6796)

DOI:10.1126/science.aec6413

文章来源：加州大学圣巴巴拉分校

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