Новий спосіб вилучення теплової енергії з низькотемпературних джерел тепла

енергії – вчені з Китаю запропонували та реалізували нову концепцію — барокалорійні теплові батареї, засновані на унікальному зворотному барокалорійному ефекті. Завдяки цьому вони можуть отримувати теплову енергію з низькотемпературних джерел відпрацьованого тепла та повторно використовувати її за потреби, просто контролюючи тиск

Китайська дослідницька група розробила нову концепцію вилучення теплової енергії з низькотемпературних джерел відпрацьованого тепла та її повторного використання за потреби, просто контролюючи тиск.

На виробництво тепла припадає понад 50% світового кінцевого споживання енергії, а аналіз потенціалу відпрацьованого тепла показує, що 72% світового споживання первинної енергії втрачається після перетворення, головним чином у формі тепла. Він також відповідає за понад 30% глобальних викидів парникових газів.


На цьому тлі дослідники під керівництвом професора ЛІ Бінга з Інституту дослідження металів Академії наук Китаю запропонували та реалізували нову концепцію — барокалорійні теплові батареї, засновані на унікальному зворотному барокалорійному ефекті.

Дослідження буде опубліковано сьогодні (17 лютого 2023 р.) у журналі Наука розвивається.

Барокалорійні теплові батареї: концепція та реалізація. Авторство: Інститут дослідження металів

Зворотний барокалорійний ефект характеризується ендотермічною реакцією, спричиненою тиском, що різко контрастує зі звичайним барокалорійним ефектом, коли підвищення тиску призводить до екзотермічної реакції. «Цикл барокалорійної теплової батареї складається з трьох етапів, включаючи теплове заряджання під тиском, зберігання під тиском і термічний розряд після зниження тиску», — сказав професор LI, відповідний автор дослідження.

Барокалорійна теплова батарея була матеріалізована в тіоціанаті амонію (NH₄SCN). Розряд проявлявся теплотою 43 Дж^-1 або підвищення температури приблизно на 15 К. Виділена теплота була в 11 разів більшою, ніж підведена механічна енергія.

Щоб зрозуміти фізичне походження унікального зворотного барокалорійного ефекту, робочий матеріал NH₄SCN було добре охарактеризовано за допомогою методів синхротронного рентгенівського випромінювання та розсіювання нейтронів. Він зазнає кристалічного структурного фазового переходу від моноклінної до орторомбічної фази при 363 K, що супроводжується об’ємним негативним тепловим розширенням ~5% і змінами ентропії приблизно 128 Дж кг^-1 K^-1.

Цей перехід легко досягається тиском до 40 МПа, і це перша інверсна барокалорична система зі змінами ентропії понад 100 Дж кг^-1K^-1. Залежне від тиску розсіювання нейтронів і моделювання молекулярної динаміки показали, що поперечні коливання аніонів SCN¯ посилюються тиском, а водневі зв’язки, які утворюють дальній порядок, потім послаблюються.


У результаті система стає невпорядкованою у відповідь на зовнішній тиск, і таким чином матеріал поглинає тепло з навколишнього середовища.

Будучи новим рішенням для управління теплом, барокалорійні теплові батареї, як очікується, відіграватимуть активну роль у різноманітних додатках, таких як збір і повторне використання тепла промислових відходів при низьких температурах, системи теплопередачі твердотільного холоду, розумні електромережі та управління теплом у житлових приміщеннях. .

Довідка: «Теплові батареї на основі зворотних барокалорійних ефектів» 17 лютого 2023 р. Наука розвивається.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374

Це дослідження було підтримано CAS, Міністерством науки і технологій Китаю та Національним фондом природничих наук Китаю.