二钌富瓦烯
简介
北京时间12月1日消息，美国科学家发现一种罕见的金属，能够吸收阳光并以热量的形式无限期存储，需要的时候再将存储的热量释放。这一发现为研制下一代太阳能装置铺平了道路，即能够利用太阳能并无限期存储热量。麻省理工学院的研究人员表示，这种金属可用于制造“可充电的热量电池”，用以为房屋供暖。 这种罕见的金属被称之为“二钌富瓦烯”。吸收阳光时，二钌富瓦烯的分子会改变形状，变成半稳定状态，但这种状态非常安全。它们能够无限期存储热量，借助于一种催化剂，它们又可以恢复到最初形态，同时释放所储存的巨大热量。这些热量可用于为房屋供暖。
当前使用的绝大多数太阳能装置能够将太阳能转化成电能或者热量，但它们无法将暂时不用的能量存储起来。释放热量时，使用二钌富瓦烯制成的燃料温度可达到200摄氏度。这种方式被称之为“热化学方式”，效率远高于常规太阳热系统，后者需要使用绝缘材料，让热量逐渐释放。
研究论文主执笔人杰弗里·格罗斯曼表示：“它利用了太阳热能的很多优势，但却以燃料的方式存储热量。存储的热量可以释放，整个过程在长期内较为稳定。你可以在需要的时候使用存储的能量。你可以将燃料放在阳光下，为其充能，而后使用存储的能量，用完之后再将它放在阳光下再次充能。”
利用这项新技术的主要障碍是二钌富瓦烯较为稀有，使用成本极高。二钌富瓦烯来自于钌。钌是一种罕见而昂贵的白色硬金属元素，每年开采的钌大约只有12吨。此外，钌也是核裂变的一种副产品，但这一过程使其变得极其昂贵。科学家认为，既然已经了解钌储存和释放能量的工作原理，他们有望发现其他具有类似特性同时造价较为低廉的材料。
作用机理美国研究人员精确地揭示了二钌富瓦烯（fulvalene diruthenium）分子的工作原理。1996年被科学家发现的这种物质可按需存储和释放热能。研究人员表示，新研究有助于科学家发现和设计出比该物质更便宜的替代品，从而研发出可存储和释放热能而不是电能的电池。相关研究发表在2010年12月出版的《应用化学》杂志上。
之前的研究表明，二钌富瓦烯分子吸收阳光时，其结构会发生变化：将其置于更高能的状态，其会长久保持稳定；额外给其添加一点热或催化剂会让其退回到原始形状，并释放出热量。但研究人员现在发现，整个过程更复杂。
美国麻省理工学院材料科学和工程系电力工程学副教授杰弗里·格罗斯曼表示：“我们的研究结果表明，在上述过程中存在一个起关键作用的中间步骤。” 他解释说，在这个中间步骤中，二钌富瓦烯分子会在两个已知状态之间，形成一个半稳定结构。中间步骤的发现表明，二钌富瓦烯分子并非如此稳定，因此，科学家可寻找比钌更便宜的替代品。由于该过程是可逆的，这也使得“制造出一种可充放热能的热电池成为可能”，这种电池能够重复地存储和释放从太阳光和其他来源中收集到的热能。格罗斯曼表示，从原理上讲，使用二钌富瓦烯制造的电池，当它存储的热能全部释放时，“能够让周围的温度达到200摄氏度，足够加热房间，或者驱使发动机发电”。
太阳能的利用有光热转换和光电转换两种。这种热能电池主要“利用了太阳热能的优势，其稳定状态可以持续很长时间，以便在需要时使用；而且，这种电池是可逆的，可将其置于太阳光下进行充热，存储的热能使用完后可重新放回到太阳光下充热”
用途二钌富瓦烯这一发现为研制下一代太阳能装置铺平了道路，即能够利用太阳能并无限期存储热量。麻省理工学院的研究人员表示，这种金属可用于制造“可充电的热量电池”，用以为房屋供暖。
研究论文主执笔人杰弗里·格罗斯曼表示：“它利用了太阳热能的很多优势，但却以燃料的方式存储热量。存储的热量可以释放，整个过程在长期内较为稳定。你可以在需要的时候使用存储的能量。你可以将燃料放在阳光下，为其充能，而后使用存储的能量，用完之后再将它放在阳光下再次充能。”
应用难点利用这项新技术的主要障碍是二钌富瓦烯较为稀有，使用成本极高。二钌富瓦烯来自于钌。钌是一种罕见而昂贵的白色硬金属元素，每年开采的钌大约只有12吨。此外，钌也是核裂变的一种副产品，但这一过程使其变得极其昂贵。
钌存在着稀缺性和成本高两个问题。理解了这种分子的工作原理，科学家应该很容易发现其他“工作方式相同”的材料。研究人员接下来打算将二钌富瓦烯的工作过程与数百万已知分子组成的数据库结合起来，寻找其他拥有相同结构、能表现出同样行为的候选材料，进一步加快研发新的太阳热能电池[1]