teraz alternatywą może być nowy kompozyt chemiczny opracowany przez naukowców z MIT. Może być używany do przechowywania ciepła ze słońca lub innego źródła w ciągu dnia w rodzaju baterii termicznej i może uwalniać ciepło w razie potrzeby, na przykład do gotowania lub podgrzewania po zmroku.

powszechnym podejściem do magazynowania ciepła jest użycie tego, co jest znane jako materiał zmiany fazy (PCM), gdzie ciepło wejściowe topi materiał, a jego zmiana fazy-z ciała stałego na ciecz-magazynuje energię. Gdy PCM jest chłodzony z powrotem poniżej temperatury topnienia, zamienia się z powrotem w ciało stałe, w którym to momencie zmagazynowana energia jest uwalniana jako ciepło. Istnieje wiele przykładów tych materiałów, w tym wosków lub kwasów tłuszczowych stosowanych w zastosowaniach niskotemperaturowych i stopionych soli stosowanych w wysokich temperaturach. Ale wszystkie obecne PCM wymagają dużej izolacji i przechodzą przez tę temperaturę zmiany fazy w sposób niekontrolowany, tracąc stosunkowo szybko przechowywane ciepło.

zamiast tego nowy system wykorzystuje przełączniki molekularne, które zmieniają kształt w odpowiedzi na światło; po zintegrowaniu z PCM temperaturę zmiany fazy materiału hybrydowego można regulować światłem, umożliwiając utrzymanie energii cieplnej zmiany fazy nawet znacznie poniżej temperatury topnienia oryginalnego materiału.

nowe odkrycia, autorstwa doktorantów z MIT Grace Han i Huashan Li oraz profesora Jeffreya Grossmana, zostały przedstawione w tym tygodniu w czasopiśmie Nature Communications.

„problem z energią cieplną polega na tym, że trudno ją utrzymać” – wyjaśnia Grossman. Jego zespół opracował więc dodatki do tradycyjnych materiałów zmieniających fazę, czyli ” małe cząsteczki, które ulegają zmianom strukturalnym, gdy świeci na nie światło.”Sztuką było znalezienie sposobu na integrację tych cząsteczek z konwencjonalnymi materiałami PCM w celu uwolnienia zmagazynowanej energii w postaci ciepła, na żądanie. „Jest tak wiele zastosowań, w których przydatne byłoby przechowywanie energii cieplnej w sposób umożliwiający jej uruchomienie w razie potrzeby”, mówi.

naukowcy osiągnęli to poprzez połączenie kwasów tłuszczowych ze związkiem organicznym, który reaguje na impuls światła. Dzięki takiemu układowi komponent światłoczuły zmienia właściwości termiczne drugiego komponentu, który magazynuje i uwalnia swoją energię. Materiał Hybrydowy topi się po podgrzaniu, a po wystawieniu na działanie światła ultrafioletowego pozostaje topiony, nawet po ponownym schłodzeniu. Następnie, po wyzwoleniu przez kolejny impuls światła, materiał ulega resolidyfikacji i oddaje energię termicznej zmiany fazy.

„integrując aktywowaną światłem cząsteczkę z tradycyjnym obrazem utajonego ciepła, dodajemy nowy rodzaj pokrętła do właściwości takich jak topienie, krzepnięcie i przechłodzenie”, mówi Grossman, który jest Mortonem i Claire Goulder, profesorem rodzinnym w dziedzinie systemów środowiskowych, a także profesorem inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej.

system może korzystać z dowolnego źródła ciepła, nie tylko słonecznego, mówi Han. „Dostępność ciepła odpadowego jest powszechna, od procesów przemysłowych po ciepło słoneczne, a nawet ciepło pochodzące z pojazdów, i zwykle jest ono po prostu marnowane.”Wykorzystanie niektórych z tych odpadów może zapewnić sposób recyklingu ciepła do użytecznych zastosowań.

„to, co robimy technicznie”, wyjaśnia Han, „instaluje nową barierę energetyczną, więc zmagazynowane ciepło nie może zostać natychmiast uwolnione.”W postaci magazynowanej chemicznie energia może pozostać przez długi czas, aż do aktywacji optycznego wyzwalacza. W swoich początkowych wersjach laboratoryjnych na małą skalę pokazali, że przechowywane ciepło może pozostać stabilne przez co najmniej 10 godzin, podczas gdy urządzenie o podobnej wielkości magazynujące ciepło bezpośrednio rozproszyłoby je w ciągu kilku minut. I” nie ma fundamentalnego powodu, dla którego nie można go dostroić, aby przejść wyżej”, mówi Han.

w początkowym systemie proof-of-concept „zmiana temperatury lub przechłodzenie, które osiągamy dla tego materiału magazynującego ciepło, może wynosić do 10 stopni C (18 F) i mamy nadzieję, że możemy pójść wyżej”, mówi Grossman.

już w tej wersji „gęstość energii jest dość znacząca, mimo że używamy konwencjonalnego materiału zmieniającego fazę”, mówi Han. Materiał może przechowywać około 200 dżuli na gram, co mówi, że jest ” bardzo dobre dla każdego organicznego materiału zmiany fazy.”I już,” ludzie wykazali zainteresowanie wykorzystaniem tego do gotowania w wiejskich Indiach, ” mówi. Takie systemy mogłyby być również wykorzystywane do suszenia upraw rolnych lub ogrzewania pomieszczeń.

„naszym zainteresowaniem w tej pracy było pokazanie dowodu koncepcji”, mówi Grossman, „ale uważamy, że istnieje wiele możliwości wykorzystania materiałów aktywowanych światłem do przejęcia właściwości magazynowania termicznego materiałów zmieniających fazę.”