Новый способ извлечения тепловой энергии из низкотемпературных источников сбросного тепла

энергия – ученые Китая предложили и реализовали новую концепцию – барокалорические тепловые батареи, основанные на уникальном обратном барокалорическом эффекте. Благодаря этому они могут извлекать тепловую энергию из низкотемпературных источников сбросного тепла и повторно использовать ее по мере необходимости, просто контролируя давление.

Китайская исследовательская группа разработала новую концепцию извлечения тепловой энергии из низкотемпературных источников отработанного тепла и ее повторного использования по требованию, просто контролируя давление.

На производство тепла приходится более 50% конечного потребления энергии в мире, а анализ потенциала сбросного тепла показывает, что 72% потребления первичной энергии в мире теряется после преобразования, в основном в виде тепла. На его долю также приходится более 30% глобальных выбросов парниковых газов.


На этом фоне исследователи под руководством профессора Л.И. Бинга из Института исследования металлов Китайской академии наук предложили и реализовали новую концепцию — барокалорические тепловые батареи, основанные на уникальном обратном барокалорическом эффекте.

Исследование будет опубликовано сегодня (17 февраля 2023 г.) в журнале Наука развивается.

Барокалорические тепловые батареи: Концепция и реализация. Предоставлено: Институт исследования металлов.

Обратный барокалорический эффект характеризуется эндотермической реакцией, индуцированной давлением, в отличие от нормального барокалорического эффекта, когда повышение давления приводит к экзотермической реакции. «Цикл барокалорийной тепловой батареи состоит из трех этапов, включая термическую зарядку при повышении давления, хранение под давлением и термическую разрядку при разгерметизации», — сказал профессор Л.И., корреспондент исследования.

Барокалорическая тепловая батарея была реализована в тиоцианате аммония (NH₄СЦН). Разряд проявлялся в виде тепла 43 Дж·г.^-1 или повышение температуры примерно на 15 К. Выделившееся тепло было в 11 раз больше, чем подведенная механическая энергия.

Чтобы понять физическое происхождение уникального обратного барокалорического эффекта, рабочий материал NH₄SCN был хорошо охарактеризован с использованием методов синхротронного рентгеновского излучения и рассеяния нейтронов. Он претерпевает кристаллоструктурный фазовый переход из моноклинной в орторомбическую фазу при 363 К, сопровождающийся объемным отрицательным тепловым расширением ~ 5% и изменением энтропии около 128 Дж·кг.^-1 K^-1.

Этот переход легко вызывается давлением до 40 МПа, и это первая обратная барокалорическая система с изменением энтропии более 100 Дж·кг.^-1K^-1. Рассеяние нейтронов в зависимости от давления и моделирование молекулярной динамики показали, что поперечные колебания анионов SCN¯ усиливаются под давлением, а водородные связи, образующие дальний порядок, затем ослабевают.


В результате система становится неупорядоченной под действием внешнего давления, и материал поглощает тепло из окружающей среды.

Ожидается, что в качестве нового решения для управления теплом барокалорические тепловые батареи будут играть активную роль в различных приложениях, таких как сбор и повторное использование низкотемпературного промышленного отходящего тепла, твердотельные холодильные системы теплопередачи, интеллектуальные сети и управление теплом в жилых помещениях. .

Ссылка: «Тепловые батареи на основе обратных барокалорических эффектов» 17 февраля 2023 г., Наука развивается.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374.

Это исследование было поддержано CAS, Министерством науки и технологий Китая и Национальным фондом естественных наук Китая.