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一种存储热能的新方法:可按需释放热量

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  来源:IntelligentThings     发布日期:2017-11-20
核心提示:废热可用性非常广泛,从工业处理到太阳能,甚至是来自汽车的热量,而这些热量通常都会被浪费掉。
      导读:最近,麻省理工学院的研究人员开发出一种新型化学合成物,它有望成为一种替代品,用于在热电池中,存储来自日间的太阳或者其他资源的能量。它按需释放热量,比如用于烹饪或者夜间取暖。

      背景

      在大部分发展中国家中,日间太阳的热量充沛,然而大多数的烹饪工作却发生在落日的傍晚,使用木材、树丛、粪便等燃料,需要花费大量的时间与精力。

      然而,目前储热使用的一般性方法就是使用相变材料(PCM),输入的热量会熔化材料和使其发生相变,例如从固态到液态,存储能量。当PCM冷却到其熔点之下时,它又会变为固体,这个时候存储的能量又会以热量的形式释放出来。关于这些材料,有许多例子,例如低温应用所使用的蜡或脂肪酸,高温所用的熔融盐。但是,现在所有的PCM需要大量的隔热材料,而且改变相位时的温度变化不受控制,存储的热量损失的非常快。

      创新

      现在,麻省理工学院(MIT)的研究人员开发出一种新型化学合成物,它有望成为一种替代品,用于在热电池中,存储来自日间的太阳或者其他资源的能量。它按需释放热量,比如用于烹饪或者夜间取暖。

MIT的博士后 Grace Han 、Huashan Li 以及教授 Jeffrey Grossman 探索出这项新的发现,并且《自然通信》(Nature Communications)杂志上发表。

      技术

      该新系统使用了在光线下改变形状的分子开关。这种分子开关集成到PCM中时,该杂化材料的相变温度可通过光线来调整,即使在原始材料的熔点之下时,相变的热能也可以保持得住。

      Grossman 解释说:“热能的麻烦是它难以控制”。因此,他的团队开发了传统相变材料的基本“附加组件”,或者说,“当光线照射时,结构会发生改变的小分子。”这一方法找到了一条途径,它将这些分子集成到传统的PCM材料中,按需释放热量。他说,“对于这种方法来说,会有许多的应用,能让你以一种按需触发的方式存储热量。”

       研究人员通过将脂肪酸与对于光线会作出响应的有机化合物相结合,实现这个方案。通过这种排列,光敏成分改变了其他成分的热特性,这些成分用于存储和释放能量。即使在温度降下来后,这种杂化材料仍然可以熔化。随后,当被另外一束光脉冲触发时,材料重新固化,重新释放出热相变能量。

       价值

       该校环境系统专业以及材料科学和工程系教授 Grossman 表示:“通过将光线激活的分子集成到传统的潜热图片中,我们添加了一种新的控制,用于调整熔化、固化和过冷等特性。”

       系统可以使用任何热源,不仅是太阳能。Han 表示:“废热可用性非常广泛,从工业处理到太阳能,甚至是来自汽车的热量,而这些热量通常都会被浪费掉。”

      利用这些废热为热量的回收利用提供了一条途径。Han 解释说:“我们所做的是安装一个新的能垒,所以存储的热量不会被立即释放掉。” 

       在它的化学存储形式下,能量会保持很长时间,直到光学触发被激活。在初始的小规模实验室版本中,研究人员展示了存储的热量保持稳定至少可达10小时。然而,一种类似尺寸的设备直接存储的热能会在几分钟内释放出来。Han 补充说:“对于它为什么不能被调得更高,根本原因目前尚不明确。”

      在初始的概念验证版的系统中,Grossman 表示:“对于这种材料,我们可以达到的温度变化或者过冷可以达10摄氏度,我们希望可以更高。”目前,在这个版本中,“能量密度相当高,即使我们使用的是传统相变材料。”这种材料每克可以存储200焦耳的热量。她表示:“这对于任何有机相变材料来说都非常好,人们已经对于在印度农村使用它做饭表示出了极大兴趣。”该系统也可以用于农作物的干燥处理或者空间加热。Grossma 表示:

      “我们对于这项研究的兴趣在于进行概念验证,但是我们相信使用这种光敏材料,提高相变材料的储能特性具有相当大的潜力。”

责编:dhl

 
 
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