nu kan en ny kemisk komposit udviklet af forskere ved MIT give et alternativ. Det kan bruges til at opbevare varme fra solen eller enhver anden kilde i løbet af dagen i et slags termisk batteri, og det kan frigive varmen, når det er nødvendigt, for eksempel til madlavning eller opvarmning efter mørke.

en fælles tilgang til termisk opbevaring er at bruge det, der er kendt som et faseændringsmateriale (PCM), hvor indgangsvarme smelter materialet og dets faseændring-fra fast til flydende-lagrer energi. Når PCM ‘ en afkøles ned under smeltepunktet, bliver den tilbage til et fast stof, på hvilket tidspunkt den lagrede energi frigives som varme. Der er mange eksempler på disse materialer, herunder voks eller fedtsyrer, der anvendes til lavtemperaturanvendelser, og smeltede salte, der anvendes ved høje temperaturer. Men alle nuværende PCM ‘ er kræver en hel del isolering, og de passerer gennem denne faseændringstemperatur ukontrollabelt og mister deres lagrede varme relativt hurtigt.

i stedet bruger det nye system molekylære kontakter, der ændrer form som reaktion på lys; når det integreres i PCM, kan hybridmaterialets faseændringstemperatur justeres med lys, hvilket gør det muligt at opretholde den termiske energi i faseændringen selv langt under smeltepunktet for det originale materiale.

de nye fund, af mit postdocs Grace han og Huashan Li og Professor Jeffrey Grossman, rapporteres denne uge i tidsskriftet Nature Communications.

” problemet med termisk energi er, det er svært at holde fast i det,” forklarer Grossman. Så hans team udviklede, hvad der i det væsentlige er tilføjelser til traditionelle faseændringsmaterialer, eller, “små molekyler, der gennemgår en strukturel ændring, når lys skinner på dem.”Tricket var at finde en måde at integrere disse molekyler med konventionelle PCM-materialer for at frigive den lagrede energi som varme efter behov. “Der er så mange applikationer, hvor det ville være nyttigt at opbevare termisk energi på en måde, så du kan udløse den, når det er nødvendigt,” siger han.

forskerne opnåede dette ved at kombinere fedtsyrerne med en organisk forbindelse, der reagerer på en lyspuls. Med dette arrangement ændrer den lysfølsomme komponent de termiske egenskaber for den anden komponent, som lagrer og frigiver sin energi. Hybridmaterialet smelter, når det opvarmes, og efter at have været udsat for ultraviolet lys forbliver det smeltet, selv når det afkøles igen. Dernæst, når det udløses af en anden lyspuls, opløser materialet og giver den termiske faseændringsenergi tilbage.

” Ved at integrere et lysaktiveret molekyle i det traditionelle billede af latent varme tilføjer vi en ny slags kontrolknap til egenskaber som smeltning, størkning og superkøling,” siger Grossman, der er Morton og Claire Goulder og Familieprofessor i miljøsystemer samt professor i materialevidenskab og teknik.

systemet kunne gøre brug af enhver varmekilde, ikke kun sol, siger han. “Tilgængeligheden af spildvarme er udbredt, fra industrielle processer til solvarme og endda varmen, der kommer ud af køretøjer, og det er normalt bare spildt.”Udnyttelse af noget af det affald kan give en måde at genbruge den varme til nyttige applikationer.

“hvad vi gør teknisk,” forklarer Han, “installerer en ny energibarriere, så den lagrede varme kan ikke frigives med det samme.”I sin kemisk lagrede form kan energien forblive i lange perioder, indtil den optiske trigger er aktiveret. I deres indledende laboratorieversioner i lille skala viste de, at den lagrede varme kan forblive stabil i mindst 10 timer, mens en enhed af samme størrelse, der lagrer varme direkte, ville sprede den inden for få minutter. Og” der er ingen grundlæggende grund til, at det ikke kan indstilles til at gå højere, ” siger han.

i det oprindelige proof-of-concept-system” kan temperaturændringen eller superkølingen, som vi opnår for dette termiske lagermateriale, være op til 10 grader C (18 F), og vi håber, at vi kan gå højere,” siger Grossman.

allerede i denne version er “energitætheden ret betydelig, selvom vi bruger et konventionelt faseændringsmateriale,” siger han. Materialet kan opbevare omkring 200 joules pr. gram, hvilket hun siger er “meget godt for ethvert organisk faseændringsmateriale.”Og allerede” har folk vist interesse for at bruge dette til madlavning i landdistrikterne i Indien,” siger hun. Sådanne systemer kan også anvendes til tørring af landbrugsafgrøder eller til rumopvarmning.”vores interesse for dette arbejde var at vise et bevis på konceptet,” siger Grossman, “men vi mener, at der er et stort potentiale for at bruge lysaktiverede materialer til at kapre de termiske lagringsegenskaber for faseændringsmaterialer.”