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Quinta-feira, Março 28, 2024
Tecnologia científicaNova maneira de extrair energia térmica de fontes de calor residuais de baixa temperatura

Nova maneira de extrair energia térmica de fontes de calor residuais de baixa temperatura

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energia - Cientistas na China propuseram e realizaram um novo conceito - baterias térmicas barocalóricas baseadas no efeito barocalórico inverso exclusivo. Com isso, eles podem extrair energia térmica de fontes de calor residual de baixa temperatura e reutilizá-la sob demanda, simplesmente controlando a pressão

Uma equipe de pesquisa chinesa desenvolveu um novo conceito para extrair energia térmica de fontes de calor residual de baixa temperatura e reutilizá-la sob demanda simplesmente controlando a pressão.

A produção de calor é responsável por mais de 50% do consumo final de energia do mundo e a análise do potencial de calor residual mostra que 72% do consumo mundial de energia primária é perdido após a conversão, principalmente na forma de calor. Também é responsável por mais de 30% das emissões globais de gases de efeito estufa.


Nesse contexto, pesquisadores liderados pelo Prof. LI Bing, do Instituto de Pesquisa de Metais da Academia Chinesa de Ciências, propuseram e realizaram um novo conceito - baterias térmicas barocalóricas baseadas no efeito barocalórico inverso exclusivo.

O estudo será publicado hoje (17 de fevereiro de 2023) na revista Os avanços da ciência.

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Baterias térmicas barocalóricas: Conceito e realização. Crédito: Instituto de Pesquisa de Metal

Um efeito barocalórico inverso é caracterizado por uma resposta endotérmica induzida pela pressão, em nítido contraste com um efeito barocalórico normal, onde a pressurização leva a uma resposta exotérmica. “Um ciclo de bateria térmica barocalórica consiste em três etapas, incluindo carga térmica na pressurização, armazenamento com pressão e descarga térmica na despressurização”, disse o Prof. LI, autor correspondente do estudo.

A bateria térmica barocalórica foi materializada em tiocianato de amônio (NH4SCN). A descarga foi manifestada como o calor de 43 J g-1 ou um aumento de temperatura de cerca de 15 K. O calor liberado foi 11 vezes maior que a entrada de energia mecânica.

Para entender a origem física do efeito barocalórico inverso único, o material de trabalho NH4O SCN foi bem caracterizado usando técnicas de raios X síncrotron e espalhamento de nêutrons. Ele sofre uma transição de fase estrutural cristalina de uma fase monoclínica para uma fase ortorrômbica a 363 K, acompanhada por uma expansão térmica negativa volumétrica de ~ 5% e mudanças de entropia de cerca de 128 J kg-1 K-1.

Essa transição é facilmente impulsionada por pressões tão baixas quanto 40 MPa e é o primeiro sistema barocalórico inverso com mudanças de entropia superiores a 100 J kg-1K-1. Espalhamento de nêutrons dependente de pressão e simulações de dinâmica molecular mostraram que as vibrações transversais de ânions SCN¯ são aumentadas pela pressão e as ligações de hidrogênio que formam a ordem de longo alcance são então enfraquecidas.


Como resultado, o sistema fica desordenado em resposta à pressão externa e, assim, o material absorve o calor do ambiente.

Como uma solução emergente para a manipulação de calor, espera-se que as baterias térmicas barocalóricas desempenhem um papel ativo em uma variedade de aplicações, como coleta e reutilização de calor residual industrial de baixa temperatura, sistemas de transferência de calor de refrigeração de estado sólido, redes inteligentes e gerenciamento de calor residencial .

Referência: “Baterias térmicas baseadas em efeitos barocalóricos inversos” 17 de fevereiro de 2023, Os avanços da ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374

Este estudo foi financiado pelo CAS, pelo Ministério da Ciência e Tecnologia da China e pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China.

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