Nu kan en ny kemisk komposit utvecklad av forskare vid MIT ge ett alternativ. Det kan användas för att lagra värme från solen eller någon annan källa under dagen i ett slags termiskt batteri, och det kan frigöra värmen vid behov, till exempel för matlagning eller uppvärmning efter mörker.

ett vanligt tillvägagångssätt för termisk lagring är att använda det som kallas ett fasförändringsmaterial (PCM), där ingångsvärme smälter materialet och dess fasförändring-från fast till flytande-lagrar energi. När PCM kyls ner under smältpunkten, blir den tillbaka till ett fast ämne, vid vilken tidpunkt den lagrade energin frigörs som värme. Det finns många exempel på dessa material, inklusive vaxer eller fettsyror som används för lågtemperaturapplikationer och smälta salter som används vid höga temperaturer. Men alla nuvarande PCM kräver mycket isolering, och de passerar genom den fasförändringstemperaturen okontrollerat och förlorar sin lagrade värme relativt snabbt.

istället använder det nya systemet molekylära omkopplare som ändrar form som svar på ljus; när de integreras i PCM kan fasförändringstemperaturen hos hybridmaterialet justeras med ljus, vilket gör att fasförändringens termiska energi kan bibehållas även långt under smältpunkten för det ursprungliga materialet.

de nya resultaten, av MIT postdocs Grace han och Huashan Li och Professor Jeffrey Grossman, rapporteras denna vecka i tidskriften Nature Communications.

”problemet med termisk energi är, det är svårt att hålla fast vid det,” förklarar Grossman. Så hans team utvecklade vad som i huvudsak är tillägg för traditionella fasförändringsmaterial, eller ”små molekyler som genomgår en strukturell förändring när ljuset lyser på dem.”Tricket var att hitta ett sätt att integrera dessa molekyler med konventionella PCM-material för att frigöra den lagrade energin som värme, på begäran. ”Det finns så många applikationer där det skulle vara användbart att lagra termisk energi på ett sätt som låter dig utlösa det när det behövs”, säger han.

forskarna åstadkom detta genom att kombinera fettsyrorna med en organisk förening som svarar på en ljuspuls. Med detta arrangemang förändrar den ljuskänsliga komponenten de termiska egenskaperna hos den andra komponenten, som lagrar och släpper ut sin energi. Hybridmaterialet smälter vid uppvärmning, och efter att ha utsatts för ultraviolett ljus förblir det smält även när det kyls ner igen. Därefter, när det utlöses av en annan ljuspuls, upplöses materialet och ger tillbaka den termiska fasförändringsenergin.

”genom att integrera en ljusaktiverad molekyl i den traditionella bilden av latent värme lägger vi till en ny typ av kontrollknapp för egenskaper som smältning, stelning och superkylning”, säger Grossman, som är Morton och Claire Goulder och Familjeprofessor i miljösystem samt professor i materialvetenskap och teknik.

systemet kan använda någon värmekälla, inte bara SoL, säger Han. ”Tillgången på spillvärme är utbredd, från industriella processer, till solvärme och till och med värmen som kommer ut ur fordon, och det är vanligtvis bara bortkastat.”Att utnyttja en del av det avfallet kan ge ett sätt att återvinna den värmen för användbara applikationer.

” det vi gör tekniskt, ”förklarar Han,” installerar en ny energibarriär, så den lagrade värmen kan inte släppas omedelbart.”I sin kemiskt lagrade form kan energin förbli under långa perioder tills den optiska utlösaren aktiveras. I sina initiala småskaliga labbversioner visade de att den lagrade värmen kan förbli stabil i minst 10 timmar, medan en anordning av liknande storlek som lagrar värme direkt skulle sprida den inom några minuter. Och” det finns ingen grundläggande anledning till att det inte kan ställas in för att gå högre”, säger Han.

i det ursprungliga proof-of-concept-systemet ”kan temperaturförändringen eller superkylningen som vi uppnår för detta termiska lagringsmaterial vara upp till 10 grader C (18 F), och vi hoppas att vi kan gå högre”, säger Grossman.

redan i denna version, ”energitätheten är ganska signifikant, även om vi använder ett konventionellt fasförändringsmaterial”, säger Han. Materialet kan lagra cirka 200 Joule per gram, vilket hon säger är ”mycket bra för alla organiska fasbytesmaterial.”Och redan” har människor visat intresse för att använda detta för matlagning på landsbygden i Indien”, säger hon. Sådana system kan också användas för torkning av jordbruksgrödor eller för rymmeuppvärmning.

”vårt intresse för detta arbete var att visa ett bevis på konceptet”, säger Grossman, ” men vi tror att det finns mycket potential för att använda ljusaktiverade material för att kapa de termiska lagringsegenskaperna hos fasförändringsmaterial.”