加州大學聖塔巴巴拉分校的科學家們開發出一種分子，能夠吸收陽光，將能量以化學形式儲存多年，並在觸發時釋放熱量——在研究者的描述中，這類似於一種無需電極或電解質的可充電太陽能電池。該研究描述了一種光開關材料，當暴露於紫外線或可見光時，會進行可逆的結構變化。這種變化能夠將吸收的太陽能困住在分子結構內，而不是立即轉換為電力或熱量。
分子如何儲存陽光
這一機制利用了一類稱為光開關的化合物——這些分子在光照下能夠在兩種穩定的結構異構體之間切換。當陽光照射到材料上時，分子轉換為一種高能量的結構並保持在那裡，將能量儲存在化學鍵中，而不是儲存在帶電的電極或熱流體中。為了將儲存的能量釋放為熱量，外部觸發因素——如少量額外的光或催化刺激——會使分子回到其原始的低能量狀態。這一過程釋放出儲存的能量作為熱輸出。研究團隊從兩個已經理解的可逆系統獲得靈感：DNA鏈的鹼基配對動力學和用於光響應眼鏡鏡片的光致變色化合物。
根據研究者的説法，該分子每公斤所儲存的能量比傳統鋰離子電池更高。鋰離子技術目前主導著便攜式和電網規模的儲能，但在能量密度、充電循環的降解以及對熱管理系統的需求方面面臨限制。UCSB的分子完全避免了充電-放電循環；它以穩定的化學狀態儲存能量，經過多年的儲存不會明顯降解。對於電池化學如何影響長期性能的背景，經過美國開發的加熱方案的鋰電動車電池在500個循環後保持了93%的容量——這一結果被認為對於傳統的電化學系統而言是很強的。
UCSB的方法完全避免了電化學循環，這可能完全消除降解途徑，雖然目前尚未存在長期的現場數據。
潛在用途與實際限制
熱輸出特徵使該技術最適合於低至中温熱應用：空間供暖、熱水系統和低於約 200°C（392°F）的工業過程熱。這些領域在全球能源消耗中佔有相當大的份額，並且電池的服務不佳，因為電池以一種必須通過電阻元件或熱泵轉換回熱量的形式儲存能量，增加了轉換損失。
相比之下，分子太陽熱系統能夠直接提供熱量。儲存的化學能在使用時以單一步驟轉換為熱能，無需電網連接。這一特徵可能使該材料在電力基礎設施有限的離網或偏遠環境中變得實用。儘管如此，在技術擴展之前仍然存在若干工程障礙。大規模合成光開關分子目前成本高昂。該材料還必須在現實照明條件下展示在數千個充放電循環中的穩定性，而不僅僅是受控的實驗室曝光。研究人員尚未發佈在散射光或部分陰影下該分子的性能數據——這些條件在大多數實際的太陽能安裝中佔主導地位。
研究在太陽能儲存中的位置
分子太陽熱能儲存，有時簡稱為 MOST，約十年來一直是活躍的研究領域。瑞典查爾默斯科技大學的研究人員在類似的方向上追求基於雙環四烯的光開關。UCSB的研究似乎提供了比早期 MOST 候選者更高的能量密度和更長的儲存窗口，儘管目前報導中尚未發佈特定能量值的直接並列比較。更廣泛的太陽能儲存領域正在探索多種平行策略。近乎不可見的太陽能電池比人類頭髮薄 10,000 倍，解決了捕獲能量的問題。
分子熱儲存則解決了儲存和分發的問題——這是一個不同的問題，具有不同的材料限制。如果合成成本能夠降低，且在規模上證實循環穩定性，該材料最終可能會集成到建材、紡織品或被動加熱面板中，儲存白天的太陽能並在夜間釋放，無需任何主動的電氣系統。該研究已由《科學日報》報導並發佈。