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

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.

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.