Nový způsob získávání tepelné energie z nízkoteplotních zdrojů odpadního tepla

energie – Vědci v Číně navrhli a realizovali nový koncept – barokalorické tepelné baterie založené na jedinečném inverzním barokalorickém efektu. Díky tomu mohou extrahovat tepelnou energii z nízkoteplotních zdrojů odpadního tepla a znovu ji použít na vyžádání, jednoduše řízením tlaku

Čínský výzkumný tým vyvinul nový koncept pro extrakci tepelné energie z nízkoteplotních zdrojů odpadního tepla a její opětovné použití na požádání jednoduše řízením tlaku.

Výroba tepla představuje více než 50 % konečné světové spotřeby energie a analýza potenciálu odpadního tepla ukazuje, že 72 % světové spotřeby primární energie se po přeměně ztrácí, především ve formě tepla. Je také odpovědný za více než 30 % celosvětových emisí skleníkových plynů.


Na tomto pozadí vědci pod vedením prof. LI Binga z Ústavu pro výzkum kovů Čínské akademie věd navrhli a realizovali nový koncept – barokalorické tepelné baterie založené na jedinečném inverzním barokalorickém efektu.

Studie bude zveřejněna dnes (17. února 2023) v časopise Věda Zálohy.

Barokalorické tepelné baterie: Koncepce a realizace. Kredit: Ústav výzkumu kovů

Inverzní barokalorický efekt je charakterizován tlakem indukovanou endotermickou odezvou, v ostrém kontrastu s normálním barokalorickým efektem, kde tlakování vede k exotermické reakci. „Cyklus barokorické tepelné baterie se skládá ze tří kroků, včetně tepelného nabíjení po natlakování, skladování pod tlakem a tepelného vybíjení po odtlakování,“ řekl Prof. LI, odpovídající autor studie.

Barokorická tepelná baterie byla zhmotněna v thiokyanatanu amonném (NH₄SCN). Výboj se projevil jako teplo 43 J g^-1 nebo zvýšení teploty asi o 15 K. Uvolněné teplo bylo 11krát větší než příkon mechanické energie.

Abychom pochopili fyzikální původ jedinečného inverzního barokorického efektu, pracovní materiál NH₄SCN byl dobře charakterizován pomocí synchrotronového rentgenového záření a technik rozptylu neutronů. Prochází krystalickou strukturní fází přechodu z monoklinické do ortorombické fáze při 363 K, doprovázené objemovou negativní tepelnou roztažností ~ 5 % a změnami entropie asi 128 J kg^-1 K^-1.

Tento přechod je snadno řízen tlakem nižším než 40 MPa a je to první inverzní barokorický systém se změnami entropie většími než 100 J kg^-1K^-1. Tlakově závislý rozptyl neutronů a simulace molekulární dynamiky ukázaly, že příčné vibrace aniontů SCN¯ jsou zesíleny tlakem a vodíkové vazby, které tvoří řád s dlouhým dosahem, jsou pak oslabeny.


Výsledkem je neuspořádanost systému v reakci na vnější tlak a materiál absorbuje teplo z okolního prostředí.

Očekává se, že barokorické tepelné baterie jako nové řešení pro manipulaci s teplem budou hrát aktivní roli v různých aplikacích, jako je nízkoteplotní sběr a opětovné použití průmyslového odpadního tepla, systémy přenosu tepla v pevné fázi, inteligentní sítě a řízení vytápění obytných budov. .

Odkaz: „Termální baterie založené na inverzních barokalorických efektech“ 17. února 2023, Věda Zálohy.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374

Tato studie byla podpořena CAS, čínským ministerstvem vědy a technologie a čínskou národní nadací pro přírodní vědy.