nyt mit: n tutkijoiden kehittämä uusi kemiallinen komposiitti voisi tarjota vaihtoehdon. Sitä voitaisiin käyttää auringon tai minkä tahansa muun lähteen lämmön varastoimiseen päivän aikana eräänlaiseen lämpöakkuun, ja se voisi vapauttaa lämpöä tarvittaessa esimerkiksi ruoanlaittoon tai lämmitykseen pimeän tultua.
yleinen lähestymistapa lämpövarastointiin on käyttää niin sanottua faasimuutosmateriaalia (PCM), jossa tulolämpö sulattaa materiaalin ja sen faasimuutos — kiinteästä nesteeksi — varastoi energiaa. Kun PCM jäähdytetään takaisin alle sulamispisteensä, se muuttuu takaisin kiinteäksi, jolloin varastoitunut energia vapautuu lämpönä. Näistä materiaaleista on monia esimerkkejä, kuten matalissa lämpötiloissa käytettävät vahat tai rasvahapot ja korkeissa lämpötiloissa käytettävät sulat suolat. Mutta kaikki nykyiset PCMs: t vaativat paljon eristystä, ja ne läpäisevät tuon faasimuutoksen lämpötilan hallitsemattomasti menettäen varastoidun lämmön suhteellisen nopeasti.
sen sijaan uudessa järjestelmässä käytetään molekyylikytkimiä, jotka muuttavat muotoaan valon vaikutuksesta; PCM: ään integroituna hybridimateriaalin vaihemuutoslämpötilaa voidaan säätää valolla, jolloin faasimuutoksen lämpöenergia säilyy jopa selvästi alkuperäisen materiaalin sulamispisteen alapuolella.
MIT: n postdocien Grace Hanin ja Huashan Lin sekä professori Jeffrey Grossmanin uusista havainnoista kerrotaan tällä viikolla Nature Communications-lehdessä.
”ongelma lämpöenergian kanssa on, siitä on vaikea pitää kiinni”, Grossman selittää. Niinpä hänen tiiminsä kehitti lähinnä lisäosia perinteisille faasimuutosmateriaaleille, tai: ”pieniä molekyylejä, jotka käyvät läpi rakennemuutoksen, kun valo paistaa niihin.”Jujuna oli löytää tapa integroida nämä molekyylit perinteisiin PCM-materiaaleihin, jotta varastoitu energia vapautuisi lämmöksi tarpeen mukaan. ”On niin paljon sovelluksia, joissa lämpöenergiaa olisi hyvä varastoida siten, että sen voi tarvittaessa laukaista”, hän sanoo.
tutkijat saivat tämän aikaan yhdistämällä rasvahapot orgaaniseen yhdisteeseen, joka reagoi valon pulssiin. Tällä järjestelyllä valoherkkä komponentti muuttaa toisen komponentin lämpöominaisuuksia, mikä varastoi ja vapauttaa sen energiaa. Hybridimateriaali sulaa kuumennettaessa,ja altistuttuaan ultraviolettivalolle se pysyy sulana, vaikka jäähtyisi takaisin. Seuraavaksi, kun toinen valopulssi laukaisee materiaalin, se resolidisoituu ja antaa takaisin lämpöfaasimuutosenergian.
”integroimalla valoaktivoidun molekyylin perinteiseen latenttilämmön kuvaan lisäämme uudenlaisen säätönupin sellaisille ominaisuuksille kuin sulaminen, jähmettyminen ja ylijäähtyminen”, sanoo Grossman, joka on Morton ja Claire Goulder ja Perheprofessori Ympäristöjärjestelmissä sekä materiaalitieteen ja tekniikan professori.
järjestelmä voisi hyödyntää mitä tahansa lämmönlähdettä, ei vain aurinkoa, Han sanoo. ”Hukkalämmön saatavuus on yleistä, teollisista prosesseista aurinkolämpöön ja jopa ajoneuvoista tulevaan lämpöön, ja se menee yleensä vain hukkaan.”Osan jätteestä valjastaminen voisi tarjota kierrätystavan, joka lämmittää hyödyllisiin sovelluksiin.
”se, mitä me teknisesti teemme, on uuden energiaesteen asentaminen, joten varastoitua lämpöä ei voida vapauttaa heti.”Kemiallisesti varastoidussa muodossaan energia voi säilyä pitkiä aikoja, kunnes optinen liipaisin aktivoituu. Alkuperäisessä pienimuotoisessa laboratorioversiossaan he osoittivat, että varastoitu lämpö voi pysyä vakaana vähintään 10 tuntia, kun taas samankokoinen lämpöä suoraan varastoiva laite haihduttaa sen muutamassa minuutissa. Ja” ei ole mitään perustavanlaatuista syytä, miksi sitä ei voisi virittää korkeammalle”, Han sanoo.
alkuperäisessä proof-of-concept-järjestelmässä ”lämpötilan muutos tai alijäähtyminen, jonka saavutamme tälle lämpövarastomateriaalille, voi olla jopa 10 astetta C (18 F), ja toivomme pääsevämme korkeammalle”, Grossman sanoo.
jo tässä versiossa ”energiatiheys on aika merkittävä, vaikka käytämme perinteistä faasimuutosmateriaalia”, Han sanoo. Materiaaliin mahtuu noin 200 joulea grammassa, mikä on hänen mukaansa ”erittäin hyvä mille tahansa orgaaniselle faasimuutosmateriaalille.”Ja jo nyt” ihmiset ovat osoittaneet kiinnostusta käyttää tätä ruoanlaitossa Intian maaseudulla”, hän sanoo. Tällaisia järjestelmiä voitaisiin käyttää myös viljelykasvien kuivaamiseen tai tilojen lämmittämiseen.
”kiinnostuksemme tätä työtä kohtaan oli osoittaa todiste konseptista”, Grossman sanoo, ”mutta uskomme, että on paljon potentiaalia käyttää valoaktivoituja materiaaleja faasimuutosmateriaalien lämpövarastointiominaisuuksien kaappaamiseen.”
