光热效率超91%，木基太阳能板或成硅基光伏新替代

本文来自微信公众号：环球零碳，编辑：小澜，作者：环球零碳研究中心

大家对太阳能光伏板并不陌生，但你听说过能吸收阳光、储存热量且在无光时持续发电的“太阳能木材板”吗？

近期，昆明理工大学与广东工业大学的研究团队在《先进能源材料》期刊发表研究成果：通过纳米级改造常见轻质木材板，成功研发出集吸光、储热、自清洁、防火、抗菌于一体的复合木材，无需依赖硅基材料即可实现太阳能利用，甚至在阳光消失后仍能依靠储存的热量发电。

该团队采用无碳化、界面工程策略，利用轻木的多孔结构制备多功能复合相变材料，解决了传统太阳能光热转换材料加工能耗高、环境适应性差的问题，证实了木材可成为完整高效的太阳能热能收集平台。

图说：太阳能-热能转换的界面工程木基设计

为何选择轻木开发光热平台？

轻木（巴沙木）质地轻且结构牢固，是航空等领域的宝贵材料，其横截面的微管结构（直径20-50微米）既利于导热，又可作为“储物间”。但天然木头存在反光、吸水的缺点，研究团队先去除木质素，保留纤维素，使木材孔隙率升至93%以上，形成“纳米海绵”状结构，微管骨架完好。

关键步骤是对微管内壁进行“化学装修”：以黑磷烯二维纳米片为核心材料，它能吸收紫外线到红外线的全波段阳光并高效转热，且具阻燃性；为解决黑磷烯易氧化问题，用单宁酸和铁离子构建“金属-多酚网络（MPN）”分子屏障，既防氧化（暴晒150天稳定），又增强光吸收。

图说：滴铸黑磷烯纳米片（BPNS）和金属-多酚网络（MPN）后的木材示意图

为提升吸光能力，团队在涂层中原位还原银纳米颗粒，利用“局域表面等离子体共振”增强光与材料的相互作用；还在表面接疏水长链烃基，使水滴接触角达153°，实现自清洁，同时银离子具抑菌性，避免潮湿环境发霉。

图说：微观结构疏水性和自清洁功能示意图

改造后的木头骨架填充硬脂酸（生物基相变材料）：受热熔化吸热储能，冷却凝固放热释能。该“太阳能木材板”储热密度达175 kJ/kg，光热转换效率高达91.27%。

图说：填充硬脂酸后的木基光热平台微观结构

将其贴在热电发电机上，模拟太阳光下输出电压0.65伏，可驱动小功率传感器；移走光源后，储存的热量仍能维持温差，延续电力输出。此外，它经100次熔凝循环性能无衰减，遇明火两分钟自熄，超疏水和抗菌特性保障户外长期使用。

这项技术的优势在于保留木材可持续属性的同时赋予其多功能性，但从实验室到应用仍需解决发电功率优化、大规模生产等问题。未来应用场景广阔，可用于离网小型供电、建筑节能、电子热管理等，还可拓展至其他生物质和纳米材料，推动新一代自主能源管理太阳能系统的发展，有望让房屋外墙、家具等成为“智慧能源系统”。

图说：小木块可作为模块化热单元实现光能-热能-电能转化，灵活组装扩大规模

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Reference：

[1]https://interestingengineering.com/energy/wood-converts-sunlight-into-heat

[2]https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.70872