麻省理工学院的工程师们开发了一种存储热能的新方法

时间：2022-01-17 16:25:05 来源：

韩解释说：“我们在技术上正在做的事情是安装新的能源屏障，因此储存的热量无法立即释放。”以化学存储的形式，能量可以保留很长时间，直到激活光触发为止。

麻省理工学院的研究人员创造了一种材料，该材料可提供光学控制的长期储存和释放热能。

在发展中国家的大部分地区，人们白天会吸收大量的太阳热量，但是大多数烹饪工作是在太阳下山后的傍晚进行的，使用的燃料（例如木材，刷子或粪便）被大量收集。时间和精力。

现在，由麻省理工学院的研究人员开发的新型化学复合材料可以提供替代方案。它可以用于白天在某种热电池中存储来自太阳或任何其他来源的热量，并且可以在需要时释放热量，例如用于烹饪或天黑后加热。

蓄热的一种常用方法是使用所谓的相变材料（PCM），其中输入热量熔化该材料，并且其相变（从固体到液体）存储能量。当PCM冷却回低于其熔点以下时，它会变成固体，此时存储的能量会以热量的形式释放出来。这些材料有很多示例，包括用于低温应用的蜡或脂肪酸，以及在高温下使用的熔融盐。但是，当前所有的PCM都需要大量的绝缘，并且它们无法控制地通过该相变温度，从而相对迅速地损失了存储的热量。

取而代之的是，新系统使用分子开关来响应光而改变形状。当集成到PCM中时，可以用光调节混合材料的相变温度，从而可以将相变的热能保持在甚至远低于原始材料的熔点的水平。

这种蓝色LED灯设置用于触发大规模相变材料薄膜的散热。（Melanie Gonick /麻省理工学院）

麻省理工学院的博士后格雷斯·汉（Grace Han）和李华山（Huashan Li）以及杰弗里·格罗斯曼（Jeffrey Grossman）教授本周在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上报道了这一新发现。

Grossman解释说：“热能的麻烦在于，很难坚持下去。”因此，他的团队开发了传统相变材料的基本附件，即“当光线照射时会发生结构变化的小分子”。诀窍是找到一种方法，将这些分子与常规PCM材料集成在一起，以根据需要将存储的能量以热量的形式释放出来。他说：“在许多应用中，以某种方式存储热能将很有用，让您可以在需要时触发它。”

研究人员通过将脂肪酸与对光脉冲有反应的有机化合物结合来实现这一目标。通过这种布置，光敏部件改变了另一部件的热性能，该另一部件存储并释放其能量。杂化材料在加热时会熔化，并且在暴露于紫外线后，即使冷却下来也仍会熔化。接下来，当被另一个光脉冲触发时，材料重新固化并返回热相变能量。

“通过将光激活分子整合到传统的潜热图中，我们增加了一种新型的控制旋钮，以实现诸如熔化，凝固和过冷之类的特性，” Morton and Claire Goulder教授兼家庭教授格罗斯曼说道。环境系统以及材料科学与工程教授。

紫外线激活的储热材料在可见光（蓝色LED）照射下会迅速结晶并放热。（麻省理工学院格罗斯曼集团）

韩说，该系统可以利用任何热源，而不仅仅是太阳能。“废热的供应范围很广，从工业过程到太阳能，甚至是车辆散发出的热量，通常都是浪费掉的。”利用其中的一些废物可以提供一种回收热量的方法，以用于有用的应用。

汉解释说：“我们在技术上正在做的是安装新的能源屏障，因此不能立即释放储存的热量。”以化学存储的形式，能量可以保留很长时间，直到激活光触发为止。在他们最初的小型实验室版本中，他们表明存储的热量可以保持稳定至少10个小时，而具有类似大小的设备直接存储热量会在几分钟内将其消散。韩说：“没有根本的原因不能将其调高。”

Grossman说，在最初的概念验证系统中，“我们为这种蓄热材料实现的温度变化或过冷可以达到10摄氏度（18华氏度），我们希望可以更高。”