Ahora, un nuevo compuesto químico desarrollado por investigadores del MIT podría proporcionar una alternativa. Podría usarse para almacenar calor del sol o de cualquier otra fuente durante el día en una especie de batería térmica, y podría liberar el calor cuando sea necesario, por ejemplo, para cocinar o calentar después del anochecer.
Un enfoque común para el almacenamiento térmico es utilizar lo que se conoce como material de cambio de fase (PCM), donde el calor de entrada funde el material y su cambio de fase, de sólido a líquido, almacena energía. Cuando el PCM se enfría por debajo de su punto de fusión, vuelve a convertirse en un sólido, momento en el que la energía almacenada se libera en forma de calor. Hay muchos ejemplos de estos materiales, incluyendo ceras o ácidos grasos utilizados para aplicaciones a baja temperatura, y sales fundidas utilizadas a altas temperaturas. Pero todos los PCM actuales requieren una gran cantidad de aislamiento, y pasan a través de esa temperatura de cambio de fase incontrolablemente, perdiendo su calor almacenado con relativa rapidez.
En su lugar, el nuevo sistema utiliza interruptores moleculares que cambian de forma en respuesta a la luz; cuando se integra en el PCM, la temperatura de cambio de fase del material híbrido se puede ajustar con luz, lo que permite que la energía térmica del cambio de fase se mantenga incluso muy por debajo del punto de fusión del material original.
Los nuevos hallazgos, de los postdoctores del MIT Grace Han y Huashan Li y el profesor Jeffrey Grossman, se informan esta semana en la revista Nature Communications.
«El problema con la energía térmica es que es difícil aferrarse a ella», explica Grossman. Así que su equipo desarrolló lo que son esencialmente complementos para los materiales tradicionales de cambio de fase ,o, » pequeñas moléculas que experimentan un cambio estructural cuando la luz brilla sobre ellas.»El truco consistía en encontrar una manera de integrar estas moléculas con materiales PCM convencionales para liberar la energía almacenada en forma de calor, a pedido. «Hay muchas aplicaciones en las que sería útil para almacenar energía térmica en forma permite activar cuando sea necesario,» él dice.
Los investigadores lograron esto combinando los ácidos grasos con un compuesto orgánico que responde a un pulso de luz. Con esta disposición, el componente sensible a la luz altera las propiedades térmicas del otro componente, que almacena y libera su energía. El material híbrido se funde cuando se calienta y, después de exponerse a la luz ultravioleta, permanece derretido incluso cuando se enfría de nuevo. A continuación, cuando se activa por otro pulso de luz, el material se resuelve y devuelve la energía térmica de cambio de fase.
«Al integrar una molécula activada por la luz en la imagen tradicional del calor latente, agregamos un nuevo tipo de mando de control para propiedades como la fusión, la solidificación y el sobreenfriamiento», dice Grossman, que es profesor de Sistemas Ambientales de Morton y Claire Goulder y profesor familiar, así como profesor de ciencia e ingeniería de materiales.
El sistema podría hacer uso de cualquier fuente de calor, no solo solar, dice Han. «La disponibilidad de calor residual está muy extendida, desde los procesos industriales hasta el calor solar, e incluso el calor que sale de los vehículos, y por lo general se desperdicia.»Aprovechar parte de esos residuos podría proporcionar una forma de reciclar ese calor para aplicaciones útiles.
«Lo que estamos haciendo técnicamente», explica Han, » es instalar una nueva barrera de energía para que el calor almacenado no se pueda liberar de inmediato.»En su forma almacenada químicamente, la energía puede permanecer durante largos períodos hasta que se active el disparador óptico. En sus versiones iniciales de laboratorio a pequeña escala, mostraron que el calor almacenado puede permanecer estable durante al menos 10 horas, mientras que un dispositivo de tamaño similar que almacena calor directamente lo disiparía en pocos minutos. Y» no hay ninguna razón fundamental por la que no se pueda sintonizar para ir más alto», dice Han.
En el sistema de prueba de concepto inicial «el cambio de temperatura o el sobreenfriamiento que logramos para este material de almacenamiento térmico puede ser de hasta 10 grados C (18 F), y esperamos que podamos ir más alto», dice Grossman.
Ya en esta versión, «la densidad de energía es bastante significativa, a pesar de que estamos utilizando un material de cambio de fase convencional», dice Han. El material puede almacenar alrededor de 200 julios por gramo, lo que dice que es «muy bueno para cualquier material orgánico de cambio de fase.»Y ya,» la gente ha mostrado interés en usar esto para cocinar en la India rural», dice. Estos sistemas también podrían utilizarse para secar cultivos agrícolas o para la calefacción de locales.
«Nuestro interés en este trabajo era mostrar una prueba de concepto», dice Grossman, » pero creemos que hay mucho potencial para usar materiales activados por la luz para secuestrar las propiedades de almacenamiento térmico de los materiales de cambio de fase.»
