21世纪，稳定的热能存储

“新想法的曙光”可能是一种陈词滥调，适合光化学能存储的最新发展。麻省理工学院的研究人员一直在研究以化学键存储太阳能量的方法。这些发展被称为“热电池”或“太阳能”。这种发展很有可能会看到MIT在储能业务（如A123系统）中的另一个分拆。

不应轻易提出“改变游戏规则”或“破坏性”技术的主张。另外，我们的期望应该合理。手机，个人计算机和互联网无疑是改变游戏规则的技术，但它们却是在虚拟的真空中出现的。随着我们开始意识到储能的优势，我们发现现场也挤满了竞争技术。热能存储也与地球一样古老。麻省理工学院研究的独特性只有一点点背景就可以清楚地看出。

能源与储能

某些形式的能量具有关联的存储容量。时钟机芯中的机械能可以存储在弹簧或摆锤的重量中。其他形式的能源则更为复杂。我们可以将电能存储为电容器上的电荷，也可以将其转换为化学能，从而在蓄电池中产生电能。当将能量从一种形式转移到另一种形式时，通常还会损失效率。

热是我们大量使用的一种能源。在某些北部气候中，仅约15％的住宅能源用于电力，而超过65％的住宅用于热和热水。间接地，我们利用热量来驱动机器并产生电能。太阳的能量以热和光的形式传给我们。借助光伏板，我们可以将光转化为电能。借助集中式太阳能发电厂，我们可以更有效地将太阳的热量转化为电能。

显热存储

有多种存储热量的方式。最常见的是“显热存储”。当热量变暖时，这就是储存在物质中的热量。材料所包含的热量不同。这被称为“比热值”，水大约是我们已知的用于存储显热的最佳材料。因此，住宅太阳能热系统中的储热罐中装有水。这也是为什么被动式太阳能房屋中的“热质”是由大水管制成的。下一种常见的材料是石材和砖石，其比热值为水的一半。用这些材料制成的房屋往往会加热并缓慢冷却，因为热量会缓冲建筑空气中更快的热变化。

我们在合理的蓄热方面做了一些了不起的事情。有了足够大的质量和足够的绝缘，我们甚至可以存储夏天的能量来为冬天的房屋供暖。但是从经济上讲，这些通常是社区范围的系统。长期而言，热质量不稳定。这就是为什么我们还使用隔热材料来限制热量损失的原因。

潜热储存

“潜热存储”似乎有点神奇。改变物质状态所需的能量大于其感热值。每下降1摄氏度，每立方厘米（约1克），水必须释放大约1卡路里的热量，直到其改变状态并变成冰为止。状态的改变减少了大约80卡路里。此时，在较热的温度下1克水最多可吸收80克水。这种潜热存储用于蒸汽加热（和冰冷却）系统。设计材料时，其物理状态会发生变化，以与我们要保持的温度相对应。蜡用于室温，盐用于较高的温度用于聚光太阳能（CSP）存储。这些被称为“相变材料”（PCM）。我们将越来越多地看到PCM被整合到我们的衣服和环境中。

空调使用潜热存储原理，通过压缩机将热量从蒸发器传递到冷凝器，该压缩机将制冷剂从气体转变为流体。热泵可以逆转循环并​​改变哪一侧变热和哪一侧变冷。还有一些“吸收式”空调系统，可将热能直接转换为我们环境中的冷却系统。

化学蓄热

化学储热利用了放热或吸收热量的化学反应。凝固时，巴黎的石膏会散发出热量。您可以在当地的药店购买摇晃（混合化学药品）的包装，然后变热或变冷。其他形式的热量存储使用隔热材料，以防止能量损失到环境中。对于化学储热，这不是必需的。

燃烧化石燃料也是一种放出热量的化学反应。但是，我们最常见的燃料的三个缺点是，它们使用的元素不是初始化合物的一部分（空气中的氧气）会释放废物（排放物和污染物），并且它们在经济上不是可逆的反应。这实质上是使化石燃料不可持续的原因。

在不使用空气或不产生污染物的情况下，存在可逆和可持续的反应。其他形式的热量存储实际上并不能从环境中带走热量，但是化学存储会将热量转换为另一种形式，以便于长期存储。其中一些系统被称为“化学热泵”，并在其他形式的热存储中被提倡作为为电网存储能量的方式。

麻省理工学院最新研究与光化学蓄热

大约一年前，麻省理工学院的副教授杰弗里·格罗斯曼（Jeffrey Grossman）与同事对光能如何化学存储有了新的认识。碳纳米管的最新使用以及与博士后Alexie Kolpak的联系已导致设计用于该工艺的新方法和化学品。与先吸收热量然后使用另一种机制进行传输并利用另一种机制进行存储相比，光化学热量存储是一个更简单的过程。

我们可以想象一种新型的太阳能电池板，它可以捕获并存储来自太阳的热量。这些将与光伏面板共享模块化和可扩展的优势。与光伏面板不同，我们现在还将拥有一种产品（例如煤，石油或天然气）以化学键形式保持能量。与化石燃料不同，一旦释放热量，就可以对其进行充电。该过程与轻质可充电热电池或轻质可充电燃料相比合理。

我们在太阳能方面遇到的问题之一是，它在许多偏远干燥地区具有最大的潜力。权力必须集中起来并传输到人口中心。昂贵且效率较低的能量存储虽然是必不可少的组件，但却不是首选。光化学存储具有解决所有这些问题的潜力。被动式太阳能房屋可以在供暖和制冷方面自给自足。但是在拥挤的城市环境中，空间和太阳能通道并非总是一种选择。光化学存储可以解决这些问题。太阳能热板的尺寸可满足约80％的需求。但这有可能在夏天使它们过热，而在冬天则容量不足。这样的系统通常使用热水箱作为热质。一个用化学电池代替热水箱的系统可以在您不在时关闭，但在重新启动时提供热量和热水。这样的系统甚至可以存储夏天的热量以供冬天使用。

在运输中，我们目前的内燃机将化学产生的热量转化为运动。我们还有其他引擎可以更有效地完成类似的工作。光化学蓄热器可用于通过斯特林循环准涡轮旋转发动机驱动机械运动，而不会产生任何污染物。有了将热量转换为运动的既定方法，连接发电机并将热量转换为电能仅需一步。最近还有其他将热量转化为电能的方法。

与电能存储一样，这在很大程度上取决于能量密度的未来发展。即使在这个早期阶段，能量密度也可以与锂离子电池媲美。这项技术的未来可以提供更多。

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