Új módszer a hőenergia kinyerésére alacsony hőmérsékletű hulladékhőforrásokból

energia – A kínai tudósok egy új koncepciót javasoltak és valósítottak meg – az egyedülálló fordított barokalorikus hatáson alapuló barokalorikus hőelemek. Ezzel hőenergiát nyerhetnek ki alacsony hőmérsékletű hulladékhőforrásokból, és igény szerint újra felhasználhatják, egyszerűen a nyomás szabályozásával.

Egy kínai kutatócsoport új koncepciót dolgozott ki a hőenergia alacsony hőmérsékletű hulladékhőforrásokból történő kinyerésére és igény szerint a nyomás szabályozásával történő újrafelhasználására.

A hőtermelés a világ végső energiafogyasztásának több mint 50%-át teszi ki, és a hulladékhőpotenciál elemzése azt mutatja, hogy a világ primerenergia-fogyasztásának 72%-a elvész az átalakítás után, főként hő formájában. A globális üvegházhatású gázok kibocsátásának több mint 30%-áért is felelős.


Ennek fényében a Kínai Tudományos Akadémia Fémkutatási Intézetének munkatársa, LI Bing professzor vezette kutatók egy új koncepciót javasoltak és valósítottak meg – az egyedülálló fordított barokalorikus hatáson alapuló barokalorikus hőelemeket.

A tanulmány ma (17. február 2023-én) jelenik meg a folyóiratban Tudomány előlegek.

Barokalorikus hőelemek: Koncepció és megvalósítás. Kredit: Fémkutató Intézet

Az inverz barokalorikus hatást a nyomás által kiváltott endoterm válasz jellemzi, éles ellentétben a normál barokalorikus hatással, ahol a túlnyomás exoterm reakcióhoz vezet. "A barokalorikus hőelem ciklus három lépésből áll, beleértve a nyomás alatti hőtöltést, a nyomás alatti tárolást és a nyomáscsökkentés utáni hőkisütést" - mondta Prof. LI, a tanulmány megfelelő szerzője.

A barokalorikus hőelemet ammónium-tiocianátban (NH₄SCN). A kisülés 43 J g hőként nyilvánult meg^-1 vagy körülbelül 15 K hőmérséklet-emelkedés. A felszabaduló hő 11-szerese volt a mechanikai energiabevitelnek.

Az egyedülálló inverz barokalorikus hatás fizikai eredetének megértése, az NH munkaanyag₄Az SCN-t jól jellemezték szinkrotronröntgen- és neutronszórási technikákkal. 363 K hőmérsékleten kristályszerkezeti fázisátalakulással megy át monoklinból ortorombikus fázisba, amit ~5%-os térfogati negatív hőtágulás és kb. 128 J kg entrópiaváltozás kísér.^-1 K^-1.

Ezt az átmenetet könnyen előidézheti akár 40 MPa nyomás is, és ez az első inverz barokalorikus rendszer 100 J kg-nál nagyobb entrópiaváltozással.^-1K^-1. Nyomásfüggő neutronszórás és molekuladinamikai szimulációk azt mutatták, hogy az SCN¯ anionok keresztirányú rezgéseit a nyomás fokozza, majd a hosszú távú rendet alkotó hidrogénkötések gyengülnek.


Ennek eredményeként a rendszer a külső nyomás hatására rendezetlenné válik, és így az anyag hőt vesz fel a környezetből.

A hőkezelés feltörekvő megoldásaként a barokalorikus hőelemek várhatóan aktív szerepet fognak játszani számos alkalmazásban, például az alacsony hőmérsékletű ipari hulladékhő begyűjtésében és újrafelhasználásában, a szilárdtest-hűtő hőátadó rendszerekben, az intelligens hálózatokban és a lakossági hőkezelésben. .

Hivatkozás: „Inverz barokalorikus hatásokon alapuló hőelemek” 17. február 2023., Tudomány előlegek.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374

Ezt a tanulmányt a CAS, a Kínai Tudományos és Technológiai Minisztérium és a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány támogatta.