隨著太陽能板在日落後發電能力下降，再生能源面臨一項重大挑戰：如何儲存太陽能以供日後使用，無論是在陰天或夜間。
加州大學聖塔芭芭拉分校的研究人員認為，他們可能找到了一種無需大型電池系統或依賴電網的解決方案。在《Science》期刊上發表的一篇文章中，副教授 Grace Han 和她的研究團隊描述了一種新型材料，能夠吸收陽光，將能量儲存在化學鍵中，並在需要時以熱能釋放。這種材料基於一種稱為嘧啶酮（pyrimidone）的改良有機分子，代表著分子太陽熱能（MOST）儲能技術向前邁出新一步。
「這個概念是可重複使用且可回收的，」該研究的主要作者、Han Group 的博士生 Han Nguyen 表示。
「想像一下變色太陽眼鏡。當你在室內時，它們只是透明鏡片。你走到陽光下，它們會自行變暗。回到室內，鏡片又會變回透明，」Nguyen 繼續說道。「我們感興趣的就是這種可逆的變化。只是我們想利用相同的概念來儲存能量，在需要時釋放它，然後重複使用該材料。」
科學家們在設計分子時，從一個意想不到的來源汲取靈感：DNA。嘧啶酮結構類似於 DNA 中天然存在的組件，該組件在暴露於紫外線時會可逆地改變形狀。
利用這種結構的合成版本，該團隊設計了一種能夠重複儲存和釋放能量的分子。為了更好地理解為何該分子在長時間儲存能量時仍能保持穩定，研究人員與加州大學洛杉磯分校的傑出研究教授 Ken Houk 合作。計算模型有助於解釋該材料如何在數年內保留儲存的能量而沒有顯著損失。
「我們優先考慮輕巧、緊湊的分子設計，」Nguyen 說。「在這個項目中，我們剔除了所有不必要的東西。任何不必要的東西都被移除，以使分子盡可能緊湊。」
與直接將陽光轉換為電力的標準太陽能板不同，該系統以化學方式儲存能量。該分子有點像一個壓縮的彈簧。吸收陽光後，它會轉變為一種受力、高能的形態，並保持該狀態直到被活化。
當暴露於觸發劑——例如少量的熱量或催化劑——時，分子會恢復到其原始形態，以熱能的形式釋放儲存的能量。
「我們通常將其描述為可充電的太陽能電池，」Nguyen 說。「它儲存陽光，並且可以充電。」
該分子還提供了令人印象深刻的能量密度。據研究人員稱，它每公斤儲存超過 1.6 兆焦耳的能量。相比之下，傳統的鋰離子電池每公斤儲存約 0.9 兆焦耳。這種新材料的表現也優於前幾代的が光能儲存開關。
新材料可利用儲存的太陽能煮沸水
該團隊的一個關鍵里程碑是將分子的儲能能力轉化為實際演示。在實驗中，研究人員證明該材料在環境條件下釋放的熱量足以煮沸水，這在該研究領域一直難以實現。
「煮沸水是一個耗能的過程，」Nguyen 說。「我們能在環境條件下煮沸水，這是一項重大成就。」
這項技術最終可以支持各種實際應用，包括露營的離網供暖系統或居家熱水應用。由於該材料可溶於水，研究人員表示，它有一天可能會在白天通過屋頂太陽能集熱器循環，然後在夜間儲存在釋放熱量的水箱中。
「對於太陽能板，你需要額外的電池系統來儲存能量，」共同作者 Benjamin Baker，Han Lab 的博士生說。「對於分子太陽熱能儲存，材料本身就能夠儲存來自陽光的能量。」
該項目得到了 Moore Inventor Fellowship 的支持，該獎項於 2025 年授予 Han，以推進這些「可充電太陽能電池」的開發。
