nu kan een nieuwe chemische samenstelling ontwikkeld door onderzoekers aan het MIT een alternatief bieden. Het kan worden gebruikt om warmte van de zon of een andere bron gedurende de dag op te slaan in een soort thermische batterij, en het kan de warmte vrijgeven wanneer dat nodig is, bijvoorbeeld voor koken of verwarming in het donker.
een gemeenschappelijke benadering van thermische opslag is het gebruik van wat bekend staat als een faseveranderingsmateriaal (PCM), waarbij de inputwarmte het materiaal smelt en de faseverandering — van vast naar vloeibaar — energie opslaat. Wanneer de PCM weer onder het smeltpunt wordt afgekoeld, verandert het weer in een vaste stof, waarna de opgeslagen energie als warmte wordt vrijgegeven. Er zijn vele voorbeelden van deze materialen, met inbegrip van wassen of vetzuren die voor lagetemperatuurtoepassingen worden gebruikt, en gesmolten zouten die bij hoge temperaturen worden gebruikt. Maar alle huidige PCM ‘ s vereisen veel isolatie, en ze passeren die fase verandering temperatuur ongecontroleerd, verliezen hun opgeslagen warmte relatief snel.
in plaats daarvan gebruikt het nieuwe systeem moleculaire schakelaars die van vorm veranderen als reactie op licht; wanneer het in de PCM wordt geïntegreerd, kan de faseveranderingstemperatuur van het hybride materiaal met licht worden aangepast, zodat de thermische energie van de faseverandering zelfs ver onder het smeltpunt van het oorspronkelijke materiaal kan worden gehouden.de nieuwe bevindingen, door mit postdocs Grace Han en Huashan Li en Professor Jeffrey Grossman, worden deze week gerapporteerd in het tijdschrift Nature Communications.
” het probleem met thermische energie is, het is moeilijk om het vast te houden, ” legt Grossman uit. Dus zijn team ontwikkelde wat in wezen add-ons zijn voor traditionele faseveranderingsmaterialen, of, “kleine moleculen die een structurele verandering ondergaan wanneer er licht op schijnt.”De truc was om een manier te vinden om deze moleculen te integreren met conventionele PCM-materialen om de opgeslagen energie als warmte vrij te geven, op aanvraag. “Er zijn zo veel toepassingen waar het nuttig zou zijn om thermische energie op te slaan op een manier die je kunt activeren wanneer dat nodig is,” zegt hij.
de onderzoekers hebben dit bereikt door de vetzuren te combineren met een organische verbinding die reageert op een lichtpuls. Met deze opstelling verandert de lichtgevoelige component de thermische eigenschappen van de andere component, die zijn energie opslaat en afgeeft. Het hybride materiaal smelt bij verhitting en na blootstelling aan ultraviolet licht blijft het gesmolten, zelfs wanneer het wordt afgekoeld. Vervolgens, wanneer geactiveerd door een andere puls van licht, het materiaal oplost en geeft terug de thermische fase-verandering energie.”door een lichtgeactiveerde molecule te integreren in het traditionele beeld van latente warmte, voegen we een nieuw soort regelknop toe voor eigenschappen zoals smelten, stolling en onderkoeling,” zegt Grossman, de Morton en Claire Goulder en Familieprofessor in milieusystemen en professor in materiaalkunde en engineering.
het systeem kan gebruik maken van elke warmtebron, niet alleen zonne-energie, zegt Han. “De beschikbaarheid van afvalwarmte is wijdverspreid, van industriële processen tot zonnewarmte, en zelfs de warmte die uit voertuigen komt, en het is meestal gewoon verspild.”Het benutten van een deel van dat afval zou een manier kunnen zijn om die warmte te recyclen voor nuttige toepassingen.
“wat we technisch doen,” legt Han uit, ” is het installeren van een nieuwe energiebarrière, zodat de opgeslagen warmte niet onmiddellijk kan worden vrijgegeven.”In zijn chemisch opgeslagen vorm, kan de energie voor lange periodes blijven totdat de optische trigger wordt geactiveerd. In hun eerste kleinschalige labversies toonden ze aan dat de opgeslagen warmte minstens 10 uur stabiel kan blijven, terwijl een apparaat van vergelijkbare grootte dat warmte direct opslaat deze binnen enkele minuten zou laten verdwijnen. En” er is geen fundamentele reden waarom het niet kan worden afgestemd om hoger te gaan, ” zegt Han.
in het eerste proof-of-concept systeem” de temperatuurverandering of superkoeling die we bereiken voor dit thermische opslagmateriaal kan oplopen tot 10 graden C (18 F), en we hopen dat we hoger kunnen gaan, ” zegt Grossman.
al, in deze versie, “de energiedichtheid is vrij significant, ook al gebruiken we een conventioneel faseveranderingsmateriaal,” zegt Han. Het materiaal kan ongeveer 200 joule per gram opslaan, wat volgens haar “zeer goed is voor elk organisch faseveranderingsmateriaal.”En nu al,” hebben mensen interesse getoond om dit te gebruiken voor het koken op het Indiase platteland,” zegt ze. Dergelijke systemen kunnen ook worden gebruikt voor het drogen van landbouwgewassen of voor ruimteverwarming.”onze interesse in dit werk was om een proof of concept te laten zien, “zegt Grossman,” maar we geloven dat er veel mogelijkheden zijn om lichtgeactiveerde materialen te gebruiken om de thermische opslageigenschappen van faseveranderingsmaterialen te kapen.”
