Nuwe manier om termiese energie uit lae-temperatuur afvalhittebronne te onttrek

’n Chinese navorsingspan het ’n nuwe konsep ontwikkel om termiese energie uit lae-temperatuur-afvalhittebronne te onttrek en dit op aanvraag te hergebruik bloot deur die druk te beheer.

Hitteproduksie is verantwoordelik vir meer as 50% van die wêreld se finale energieverbruik en ontleding van afvalhittepotensiaal toon dat 72% van die wêreld se primêre energieverbruik verlore gaan na omskakeling, hoofsaaklik in die vorm van hitte. Dit is ook verantwoordelik vir meer as 30% van die wêreldwye kweekhuisgasvrystellings.


Teen hierdie agtergrond het navorsers onder leiding van prof. LI Bing van die Instituut vir Metaalnavorsing van die Chinese Akademie vir Wetenskappe 'n nuwe konsep voorgestel en gerealiseer – barokaloriese termiese batterye gebaseer op die unieke omgekeerde barokaloriese effek.

Die studie sal vandag (17 Februarie 2023) in die joernaal gepubliseer word Wetenskap Voorskotte.

'n Omgekeerde barokaloriese effek word gekenmerk deur 'n druk-geïnduseerde endotermiese reaksie, in skerp kontras met 'n normale barokaloriese effek waar drukvorming tot 'n eksotermiese reaksie lei. "'n Barokaloriese termiese batterysiklus bestaan ​​uit drie stappe, insluitend termiese laai by druk, berging met druk, en termiese ontlading by drukverlaging," het prof. LI, ooreenstemmende skrywer van die studie, gesê.

Die barokaloriese termiese battery is gematerialiseer in ammoniumtiosianaat (NH₄SCN). Ontlading is gemanifesteer as die hitte van 43 J g^-1 of 'n temperatuurstyging van ongeveer 15 K. Die hitte wat vrygestel is, was 11 keer groter as die meganiese energie-insette.

Om die fisiese oorsprong van die unieke omgekeerde barokaloriese effek te verstaan, die werkmateriaal NH₄SCN is goed gekarakteriseer deur gebruik te maak van sinchrotron X-straal- en neutronverstrooiingstegnieke. Dit ondergaan 'n kristalstrukturele fase-oorgang van 'n monokliniese na 'n ortorombiese fase by 363 K, gepaardgaande met 'n volumetriese negatiewe termiese uitsetting van ~5% en entropieveranderinge van ongeveer 128 J kg^-1 K^-1.

Hierdie oorgang word maklik aangedryf deur druk so laag as 40 MPa, en dit is die eerste inverse barokaloriese stelsel met entropieveranderinge groter as 100 J kg^-1K^-1. Drukafhanklike neutronverstrooiing en molekulêre dinamika-simulasies het getoon dat die transversale vibrasies van SCN¯-anione deur druk versterk word en die waterstofbindings wat die langafstand-orde vorm, word dan verswak.


As gevolg hiervan word die sisteem wanordelik in reaksie op eksterne druk en dus absorbeer die materiaal hitte van die omgewing.

As 'n ontluikende oplossing vir die manipulering van hitte, word verwag dat barokaloriese termiese batterye 'n aktiewe rol sal speel in 'n verskeidenheid toepassings soos lae-temperatuur industriële afvalhitte oes en hergebruik, vaste toestand verkoeling hitte-oordragstelsels, slim roosters en residensiële hittebestuur .

Verwysing: "Termiese batterye gebaseer op omgekeerde barokaloriese effekte" 17 Februarie 2023, Wetenskap Voorskotte.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374

Hierdie studie is ondersteun deur CAS, die Ministerie van Wetenskap en Tegnologie van China, en die Nasionale Natuurwetenskapstigting van China.