太阳确实会照耀,有时,在波士顿——但不像这样。

几年前,当化学教授Grace Han第一次从波士顿访问南加州时,她注意到了不同。她的皮肤在户外待了几个小时后就会开始刺痛,出现最初的刺激迹象。

去年,她搬到加州大学圣塔芭芭拉分校工作,并开始经常戴宽边帽、太阳镜和大量防晒霜。作为一名化学教授,她早已做过研究。

“我只是在阅读关于DNA光化学的内容——作为消遣,”她回忆道。

就在这时,她意识到人们皮肤中被晒伤破坏的DNA分子可以帮助她。这些分子在受到阳光照射时会改变形状,弯曲成其常规形式的扭曲版本。

几十年来,科学家们一直在寻找能够扭曲形状、在此过程中储存能量,然后被触发恢复原状、按需释放储存能量的分子。

有点像设置并随后触发捕鼠器。这被称为分子太阳能热能(Most)储能,是一种潜在非常廉价且无排放的供热方式。这些Most系统可以储存能量数月甚至数年。

研究人员此前在这项技术上取得的成功有限,但多亏了加州的阳光,Han知道下一步该尝试什么。

以平滑、可重复的方式激活储能分子的形状变化很重要。

幸运的是,数百万年的进化已经完善了这一过程,当它发生在我们的皮肤中时——从某种意义上说,我们都是活生生的化学实验室。我们皮肤中的DNA分子已经进化到可以通过一种叫做光裂合酶的酶来修复它们被太阳扭曲的形状。

Han意识到,这样的分子是储能系统的完美候选。“它们非常非常小,”她解释道,“并且每单位质量可以储存大量能量。”

在2月发表的一篇论文中,她和同事描述了迄今为止最有前途的这种储能系统,至少在能量密度方面是这样。它的能量足以让一个小瓶中的“非常小的水壶”迅速煮沸少量水,Han说。

她的学生进行了那部分研究,急忙告诉她结果。“当我真正看到视频,看到整个溶液沸腾得有多快时,那真是了不起,”Han回忆道。

她强调,她的合作者、加州大学洛杉矶分校的Kendall Houk及其团队进行的计算机分析预测了分子的性能,这对工作至关重要。

另一位Most实验者Kasper Moth-Poulsen,他在西班牙巴塞罗那理工大学和其他机构领导研究团队,没有参与这项研究,但对结果印象深刻。

“我认为我们最好的系统是每公斤一兆焦耳。他们达到了,我想,1.6,这真的很惊人,”他说,指的是Han和她的同事实现的能量密度。

他们在2月论文中记录的每公斤1.65兆焦耳的能量密度显著高于锂离子电池的能量密度,锂离子电池是目前手机和电动汽车最流行的电池类型。

Han和她的同事提出的Most系统确实有一些局限性。首先,导致系统核心分子改变形状的光的波长是300纳米——一种“非常强烈的紫外线(UV)光,”兰卡斯特大学的John Griffin说。“这种光确实从太阳到达我们,但数量非常少。”

此外,用于逆转扭曲分子形状以释放能量的触发剂是盐酸——一种高度腐蚀性的物质,使用后必须中和。“不是最理想的选择,”Han承认。

她说她希望有可能改进系统的响应性。