énergie – Des scientifiques chinois ont proposé et réalisé un nouveau concept : des batteries thermiques barocaloriques basées sur l'effet barocalorique inverse unique. Avec cela, ils peuvent extraire l'énergie thermique des sources de chaleur perdue à basse température et la réutiliser à la demande, simplement en contrôlant la pression
Une équipe de recherche chinoise a développé un nouveau concept pour extraire l'énergie thermique des sources de chaleur perdue à basse température et la réutiliser à la demande simplement en contrôlant la pression.
La production de chaleur représente plus de 50 % de la consommation énergétique finale mondiale et l'analyse du potentiel de chaleur résiduelle montre que 72 % de la consommation mondiale d'énergie primaire est perdue après conversion, principalement sous forme de chaleur. Il est également responsable de plus de 30 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.
Dans ce contexte, des chercheurs dirigés par le professeur LI Bing de l'Institut de recherche sur les métaux de l'Académie chinoise des sciences ont proposé et réalisé un nouveau concept de batteries thermiques barocaloriques basées sur l'effet barocalorique inverse unique.
L'étude sera publiée aujourd'hui (17 février 2023) dans la revue Science Advances.
Batteries thermiques barocaloriques : Concept et réalisation. Crédit : Institut de recherche sur les métaux
Un effet barocalorique inverse est caractérisé par une réponse endothermique induite par la pression, en contraste frappant avec un effet barocalorique normal où la pressurisation conduit à une réponse exothermique. "Un cycle de batterie thermique barocalorique se compose de trois étapes, y compris la charge thermique lors de la pressurisation, le stockage sous pression et la décharge thermique lors de la dépressurisation", a déclaré le professeur LI, auteur correspondant de l'étude.
La batterie thermique barocalorique a été matérialisée en thiocyanate d'ammonium (NH4SCN). La décharge s'est manifestée par la chaleur de 43 J g-1 soit une élévation de température d'environ 15 K. La chaleur dégagée était 11 fois supérieure à l'apport d'énergie mécanique.
Pour comprendre l'origine physique de l'effet barocalorique inverse unique, le matériau de travail NH4Le SCN a été bien caractérisé à l'aide de techniques de rayons X synchrotron et de diffusion de neutrons. Il subit une transition de phase structurelle cristalline d'une phase monoclinique à une phase orthorhombique à 363 K, accompagnée d'une dilatation thermique négative volumétrique d'environ 5% et de changements d'entropie d'environ 128 J kg-1 K-1.
Cette transition est facilement entraînée par une pression aussi basse que 40 MPa, et c'est le premier système barocalorique inverse avec des changements d'entropie supérieurs à 100 J kg-1K-1. Des simulations de diffusion de neutrons en fonction de la pression et de dynamique moléculaire ont montré que les vibrations transversales des anions SCN¯ sont renforcées par la pression et que les liaisons hydrogène qui forment l'ordre à longue distance sont alors affaiblies.
En conséquence, le système devient désordonné en réponse à la pression externe et ainsi le matériau absorbe la chaleur de l'environnement.
En tant que solution émergente pour manipuler la chaleur, les batteries thermiques barocaloriques devraient jouer un rôle actif dans une variété d'applications telles que la récupération et la réutilisation de la chaleur résiduelle industrielle à basse température, les systèmes de transfert de chaleur par réfrigération à semi-conducteurs, les réseaux intelligents et la gestion de la chaleur résidentielle. .
Référence : « Batteries thermiques basées sur les effets barocaloriques inverses » 17 février 2023, Science Advances.
DOI : 10.1126/sciadv.add0374
Cette étude a été soutenue par le CAS, le ministère des Sciences et de la Technologie de Chine et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
