太阳能热电池能够以热的形式按需释放累积的化学能。

发表在The Journal of Physical Chemistry C 上的一篇论文报道了使用偶氮苯衍生物和羧酸图案将多壁碳纳米管集成到柔性苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯 (SEBS) 三嵌段共聚物框架中以构建轻质和柔性太阳能热电池。

太阳能热电池简介

全球产生的一次能源中有 90% 以上以热能的形式使用或浪费。因此，必须对供暖系统进行脱碳。

太阳能热电池是基于化石燃料的加热技术的一种可能替代方案。太阳能热电池的工作原理是捕获和储存太阳能，然后在需要时使用太阳能激活的分子开关以热量的形式释放。

太阳能开关属于太阳能热电池的一个子类，它使用偶氮苯家族的分子来储存光和释放热量。

偶氮苯异构化机理

偶氮苯有两种异构体：反式异构体和顺式异构体。两个苯基之间的空间位阻导致顺式异构体比反式异构体以更高的能级出现。

当受到紫外线照射时，反式到顺式异构化通过一个复杂的过程发生，可能涉及偶氮键旋转或单键反转。

从反式到顺式的转变发生在紫外线 A (UVA) 光下，也称为“充电”。通过反转的过渡状态比通过旋转的过渡状态更有活力。

一旦偶氮苯作为顺式异构体存在，其分子通过热弛豫或光引发返回反式构象。

多壁碳纳米管如何提供帮助？

聚合物基质中的热损失可以抑制具有有限热导率的太阳能热装置最大化热传递。

将偶氮苯结合到 SEBS 中，以及在聚合物框架中添加偶氮苯连接的多壁碳纳米管，可生产出独立、轻便且灵活的太阳能热装置。

多壁碳纳米管的优良热品质使其能够作为热通道运行，同时改善偶氮苯的太阳光谱吸收和太阳能热装置的机械特性。

使用 SEBS 的优势

SEBS 在热和紫外线影响下是稳定的，并且可以在各种苯乙烯浓度下广泛使用，允许通过改变聚合物骨架的刚性和弹性块来特定地操纵自由体积。

SEBS 与芳香族聚酰胺等刚性复合框架相比的另一个优势是它可以制成灵活且重量轻的设备。

偶氮苯复合材料通过 SEBS 中的柔性抑制本体苯乙烯单体元素赋予了可改变的自由体积。

研究方法论

该团队研究了偶氮苯在不同苯乙烯浓度的 SEBS 底物中的动力学和储存能力，以获得 SEBS 框架内 AB 顺反异构化的基本知识。

他们还研究了连接偶氮苯和多壁碳纳米管对形成渗透导热通道的影响。

太阳能热电池是由 SEBS、偶氮苯和多壁碳纳米管的不同组合开发的。然后，该团队确定了所得混合物的热能存储容量和机械特性的变化。

研究的重要发现

偶氮苯反异构化的动力学可以通过将偶氮苯共价连接到多壁碳纳米管上来改变。

反异构化的速度和程度也可以通过改变聚合物骨架的自由体积来调整。

为了提供定制的放电性能和稳定充电条件，连接和未连接的多壁碳纳米管的数量、SEBS 的苯乙烯浓度和偶氮苯的额外负载都可以改变。

用 57% 苯乙烯 SEBS 形成的器件在使用活化放电光照射 5 分钟后，带电相的一级异构化速率增加了四倍。

聚合物基板的自由体积影响了开发的太阳能热电池的存储能力。当 SEBS 框架被改变以包含更大浓度的共聚物庞大的刚性苯乙烯相时，充电和放电循环之间的光异构化性能降低就证明了这一点。

太阳能热装置通过滴铸显示了所有液相前体的溶液加工性。这突出了它们在可扩展制造方面的潜力。