研究人員為化學熱電池創(chuàng)造材料 可以根據(jù)需要釋放能量

在發(fā)展中國家的大部分地區(qū)，人們在白天有充足的太陽熱量，但大多數(shù)烹飪都是在太陽下山的晚上發(fā)生的，使用的是燃料，如木頭，刷子或糞便，時間和精力。

現(xiàn)在，麻省理工學院研究人員開發(fā)的一種新的化學復合物可以提供替代品。它可以用于在白天在一種熱電池中儲存來自太陽或任何其他來源的熱量，并且它可以在需要時釋放熱量，例如用于烹飪或在黑暗之后加熱。

熱儲存的常用方法是使用所謂的相變材料(PCM)，其中輸入的熱量使材料熔化并且其相變 - 從固體到液體 - 儲存能量。當PCM冷卻回到其熔點以下時，它變回固體，此時儲存的能量作為熱量釋放。這些材料有許多例子，包括用于低溫應用的蠟或脂肪酸，以及在高溫下使用的熔鹽。但是所有現(xiàn)有的PCM都需要大量的絕緣，并且它們不受控制地通過相變溫度，相對快速地損失其存儲的熱量。

相反，新系統(tǒng)使用的分子開關可以根據(jù)光線改變形狀; 當集成到PCM中時，可以用光調(diào)節(jié)混合材料的相變溫度，允許相變的熱能甚至遠低于原始材料的熔點。

“熱能的問題在于，很難抓住它，”格羅斯曼解釋道。因此，他的團隊開發(fā)了傳統(tǒng)相變材料的基本附加物，或者“光照在它們上面時會發(fā)生結構變化的小分子”。訣竅是找到一種方法將這些分子與傳統(tǒng)的PCM材料結合起來，根據(jù)需要釋放儲存的能量作為熱量。“有太多的應用可以將熱能儲存起來，以便在需要時觸發(fā)它，”他說。

研究人員通過將脂肪酸與響應光脈沖的有機化合物相結合來實現(xiàn)這一目標。通過這種布置，光敏組件改變了另一組件的熱性質(zhì)，其存儲和釋放其能量。混合材料在加熱時熔化，并且在暴露于紫外光之后，即使冷卻下來也會保持熔化。接下來，當由另一個光脈沖觸發(fā)時，材料重新凝固并返回熱相變能量。

Han說，該系統(tǒng)可以利用任何熱源，而不僅僅是太陽能。“廢熱的可用性很普遍，從工業(yè)過程到太陽能熱，甚至是車輛產(chǎn)生的熱量，而且通常只會浪費掉。” 利用一些廢物可以為有用的應用提供回收熱量的方法。

“我們在技術上的做法，”韓解釋說，“正在安裝新的能量屏障，因此儲存的熱量不能立即釋放。” 在其化學儲存形式中，能量可以長時間保持，直到光學觸發(fā)器被激活。在他們最初的小型實驗室版本中，他們表明儲存的熱量可以保持穩(wěn)定至少10小時，而類似大小的設備直接儲存熱量會在幾分鐘內(nèi)消散。“沒有根本原因?qū)е滤鼰o法進一步調(diào)高，”韓說。

在這個版本中，“能量密度非常重要，即使我們使用的是傳統(tǒng)的相變材料，”韓說。這種材料可以儲存約200焦耳/克，她說這“非常適合任何有機相變材料”。已經(jīng)說過，“人們已經(jīng)表示有興趣在印度農(nóng)村使用這種烹飪方式，”她說。這種系統(tǒng)也可用于干燥農(nóng)作物或用于空間加熱。

“我們對這項工作的興趣是展示概念證明，”格羅斯曼說，“但我們相信使用光活化材料劫持相變材料的儲熱特性有很大的潛力。”