国际能源署 (IEA) 指出，全球最终能源消耗中约有 50% 用于供暖。然而，与化石能源相比，太阳能在该领域的利用率仍然相对较低。限制太阳能广泛使用的一个固有问题是其直接可用性的间歇性。
一种有希望的解决方案是分子太阳能储存系统。传统的热能储存策略将能量储存在短时间内，例如以热水的形式。相比之下，分子太阳能储存系统以化学键的形式储存太阳能，使其可以保存数周甚至数月。
这些特殊的分子(或光开关)吸收太阳能，然后根据需要将其释放为热量。然而，目前光开关面临的一个关键挑战是能量存储能力和太阳光吸收效率之间的权衡，这限制了整体性能。为了解决这个问题，约翰内斯古腾堡美因茨大学 (JGU) 和锡根大学的研究团队在一项合作研究中提出了一种新方法。
分离太阳能的吸收和储存过程
这种新型光开关最初是由锡根大学 Heiko Ihmels 教授的研究小组发明的，它表现出与传统锂离子电池相当的卓越储能潜力。然而，它们的功能最初仅限于通过紫外线激活，而紫外线仅占太阳光谱的一小部分。
美因茨和锡根的研究团队现在引入了一种间接光收集方法，与光收集复合物在光合作用中的作用类似。这种方法结合了第二种化合物，即所谓的敏化剂，它表现出优异的可见光吸收特性。
詹姆斯·古尔顿大学化学系的 Christoph Kerzig 教授解释说：“在这种方法中，敏化剂吸收光，随后将能量传输到光开关，而光开关在这些条件下无法直接被激发。”
这一新策略将太阳能存储效率提高了一个数量级以上，代表着能源转换研究界向前迈出了一大步。这些系统的潜在应用范围从家庭供暖解决方案到大规模能源存储，为可持续能源管理提供了一条有希望的道路。
反应发现和优化所必需的机理研究
由 Kerzig 教授和博士生 Till Zähringer 领导的美因茨研究团队进行了详细的光谱分析，以探索这个复杂的系统，这对于理解潜在的机制至关重要。论文的第一作者 Zähringer 仔细检查了每个反应步骤，从而彻底了解了系统的运作方式。
“通过这样做，我们不仅可以大幅突破光收集极限，还可以提高光向储存化学能的转换效率，”Zähringer 解释道。
在实际操作条件下，每个吸收的光子都能触发化学键形成过程，而光化学反应中由于存在多个能量损失通道，因此很少观察到这种过程。科学家们利用太阳光多次在储能状态和释放状态之间循环，成功验证了该系统的稳健性和实用性，凸显了其在实际应用中的潜力。