太阳能发电面临一个基本挑战：日落之后，光伏板停止工作。如何将白天的阳光储存起来供夜间或阴天使用，是可再生能源领域亟待解决的问题。加州大学圣塔芭芭拉分校的化学家开发了一种解决方案，无需笨重的电池组或电网基础设施。发表在《科学》杂志上的一项研究中，副教授Grace Han及其团队详细介绍了一种能够捕获阳光、将其储存在化学键中并按需释放热量的新材料。

这种材料是一种名为嘧啶酮的改性有机分子，是分子太阳能热能存储领域的最新进展。

“这种概念是可重复使用和可回收的，”Han研究组的博士生、论文第一作者Han Nguyen表示。“想想光致变色太阳镜。你在室内时，镜片是透明的。走到阳光下，镜片会自动变暗。回到室内，镜片又变透明了，”Nguyen解释说。“这种可逆变化正是我们感兴趣的。只不过我们不是改变颜色，而是利用同样的原理来储存能量，并在需要时释放，然后反复使用这种材料。”

受生物启发的设计

为了创造这种分子，研究团队从一个意想不到的来源寻找灵感：DNA。嘧啶酮的结构类似于DNA中的一种成分，该成分在紫外线照射下会发生可逆的结构变化。

通过合成这种结构的工程化版本，团队创造出一种能够可逆储存和释放能量的分子。他们与加州大学洛杉矶分校的杰出研究教授Ken Houk合作，利用计算建模来理解该分子能够储存能量并保持数年不流失的原因。

“我们优先考虑轻量化、紧凑的分子设计，”Nguyen说。“在这个项目中，我们削减了一切不需要的部分。任何多余的东西都被移除，使分子尽可能紧凑。”

可充电的“热能电池”

传统太阳能电池板将光转化为电能，而分子太阳能系统则将光转化为化学能。该分子像一个机械弹簧：受到阳光照射时，它会扭曲成一种高能的应变形态，并保持锁定，直到触发因素（如少量热量或催化剂）使其弹回松弛状态，同时将储存的能量以热能形式释放。

“我们通常将其描述为可充电的太阳能电池，”Nguyen说。“它储存阳光，并且可以重复充电。”

研究团队的新分子能量密度超过每千克1.6兆焦耳，大约是标准锂离子电池（约0.9兆焦耳/千克）的两倍，也明显高于此前几代光学开关材料。

从理论到实际应用

该研究的关键突破在于将高能量密度转化为实际效果。在研究中，研究人员证明该材料释放的热量足以使水沸腾——这是该领域此前难以实现的成果。

“沸腾水是一个能源密集型过程，”Nguyen说。“我们能够在常温条件下实现水的沸腾，这是一个重要进展。”

这一能力为实际应用打开了大门，包括露营等离网加热场景以及住宅热水供应。由于该材料可溶于水，理论上可以通过屋顶太阳能集热器循环，在白天储存能量，并在储罐中保存以供夜间提供热量。

“使用太阳能电池板，你需要额外的电池系统来储存能量，”合著者、Han实验室博士生Benjamin Baker说。“而对于分子太阳能热能储存，材料本身就能够在阳光下储存能量。”

出版详情：作者：HanP.Q. Nguyen等，标题：《在Dewar嘧啶中超过1.6 MJ/kg的分子太阳能热储存》，发表于：《科学》(2026)，期刊信息：《科学》