夏热冬用——穿越时空的太阳能

材料牛注：夏季的食物可以加工储存到冬季再吃，那么炎炎夏日的太阳能呢，是否可以储存到冬季使用？Empa的科学家们做到了，他们运用了什么方法，小编带你一探究竟。

太阳能可以存储到冬季吗？答案是肯定的。我们使用廉价的材料就可以储能——钠的碱溶液。在欧洲的研究联盟中，Empa的科学家和他们的同事花了四年时间研究这个课题。

据Empa调查，2014年，瑞士71％的私人公寓和房屋都使用化石燃料供能，私人住户消耗的热水中有60％是以这种方式生产的。大胆猜想，如果我们可以从夏季充沛的阳光中储存热量，留至冬季使用，就可以节省相当可观的化石能源。经过几年的研究，从2016年秋季起，Empa有了一个实验室规模的工厂，能够长期稳定储存热能。

这种蓄热器的理论相当简单：如果将水倒入装有固体或氢氧化钠浓溶液（NaOH）的烧杯中，混合物就会升温。稀释是放热的：化学能以热的形式释放。 此外，氢氧化钠溶液极易受潮并且能够吸收水蒸气，由此获得的冷凝热甚至可以加热溶液。

存储罐中的夏季热能

另一种方式也是可能的：如果我们以热的形式将能量供给到氢氧化钠稀溶液中，水分将会蒸发，氢氧化钠溶液将会浓缩并且储存所供给的能量。该溶液可以放在储罐中运输，保存几个月甚至几年。如果溶液再次与水（蒸气）接触，则存储的热量会被再次释放。

即使有这么多的理论，烧杯实验又能否复制到为单户家庭大量储能的规模上？Empa研究员Robert Weber和Benjamin Fumey着手进行研究。由于氢氧化钠浓溶液具有高度腐蚀性，他们在Dübendorf的Empa校园使用绝缘的海运集装箱作为实验室（一种安全预防措施）。 如果系统发生了泄漏，那么侵蚀性液体首先通过容器而不是Empa的实验室建筑物。

不幸的是，所谓的COMTES原型并没有按预期工作。研究人员选择了降膜蒸发器，一种用于食品工业的系统（可以浓缩橙汁）。然而，氢氧化钠溶液没有在热交换器中流动，而是形成了大液滴。这样一来，它吸收的水蒸气很少，转移的热能也很低。

Fumey忽然有了一个灵感：黏性存储介质应该沿螺旋型的管道流动，在途中吸收水蒸汽并将产生的热量传递到管道。实际上，这是可行的。最好的事情是：通过流水型加热器改进的螺旋形热交换器已经可以使用了。

接着，Fumey进一步优化了实验室系统：多高的NaOH浓度可以达到最佳效果？流入和流出的水温应该如何控制？水蒸气需要在5到10度的温度通往存储器。在该过程中，50％的氢氧化钠溶液沿螺旋式热交换器管的外部流下，并在蒸汽中稀释至30％，同时管道内的水加热到约50℃。

可“充电”的氢氧化钠溶液

在为这种能量储存装置“充电”的时候， 浓度为30%的氢氧化钠溶液将会沿着内部由60℃水流加热的螺旋管状换热器逐滴滴下。此时，氢氧化钠溶液中的水份将会受热蒸发，所得的水蒸气将会被收集并被冷凝下来。之后水蒸气冷凝所产生的热量将会被传导到地热探针中储存起来。在 “充电”之后，被加热浓缩到50%浓度的氢氧化钠溶液将会被储存起来，等候下一次的“放电”。

Fumey解释道：“在这种工艺理念下，夏季烈日炎炎的太阳能将被允许以化学能的形式储存下来，以备寒冬来临之际再重新使用。值得一提的是，这种存储在浓缩氢氧化钠溶液中的能量可以被当成日常物资一样运往所需的任何地方，这无疑会给它的普及使用带来极大的优越性”。目前，Empa实验室寻求工业合作伙伴来一同开发小型家用型氢氧化钠能量储存系统的招标活动已经拉开帷幕。相信在不久的将来，这种新型的能量储存系统便可以大有所为了，比如用于NEST (谷歌子公司)的新型智能家居研发。

原文链接：Summer heat for the winter.

本文由编辑部月亮供稿，Meadow编译，点我加入材料人编辑部。

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