研究人員為化學(xué)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(guó)家的大部分地區(qū)，人們?cè)诎滋煊谐渥愕奶?yáng)熱量，但大多數(shù)烹飪都是在太陽(yáng)下山的晚上發(fā)生的，使用的是燃料，如木頭，刷子或糞便，時(shí)間和精力。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院研究人員開(kāi)發(fā)的一種新的化學(xué)復(fù)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(chǔ)存來(lái)自太陽(yáng)或任何其他來(lái)源的熱量，并且它可以在需要時(shí)釋放熱量，例如用于烹飪或在黑暗之后加熱。

熱儲(chǔ)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(chǔ)存能量。當(dāng)PCM冷卻回到其熔點(diǎn)以下時(shí)，它變回固體，此時(shí)儲(chǔ)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(yīng)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(guò)相變溫度，相對(duì)快速地?fù)p失其存儲(chǔ)的熱量。

相反，新系統(tǒng)使用的分子開(kāi)關(guān)可以根據(jù)光線改變形狀; 當(dāng)集成到PCM中時(shí)，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(yuǎn)低于原始材料的熔點(diǎn)。

“熱能的問(wèn)題在于，很難抓住它，”格羅斯曼解釋道。因此，他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(shí)會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)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(jié)合起來(lái)，根據(jù)需要釋放儲(chǔ)存的能量作為熱量。“有太多的應(yīng)用可以將熱能儲(chǔ)存起來(lái)，以便在需要時(shí)觸發(fā)它，”他說(shuō)。

研究人員通過(guò)將脂肪酸與響應(yīng)光脈沖的有機(jī)化合物相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。通過(guò)這種布置，光敏組件改變了另一組件的熱性質(zhì)，其存儲(chǔ)和釋放其能量?；旌喜牧显诩訜釙r(shí)熔化，并且在暴露于紫外光之后，即使冷卻下來(lái)也會(huì)保持熔化。接下來(lái)，當(dāng)由另一個(gè)光脈沖觸發(fā)時(shí)，材料重新凝固并返回?zé)嵯嘧兡芰俊?/p>

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

“我們?cè)诩夹g(shù)上的做法，”韓解釋說(shuō)，“正在安裝新的能量屏障，因此儲(chǔ)存的熱量不能立即釋放。” 在其化學(xué)儲(chǔ)存形式中，能量可以長(zhǎng)時(shí)間保持，直到光學(xué)觸發(fā)器被激活。在他們最初的小型實(shí)驗(yàn)室版本中，他們表明儲(chǔ)存的熱量可以保持穩(wěn)定至少10小時(shí)，而類(lèi)似大小的設(shè)備直接儲(chǔ)存熱量會(huì)在幾分鐘內(nèi)消散。“沒(méi)有根本原因?qū)е滤鼰o(wú)法進(jìn)一步調(diào)高，”韓說(shuō)。

在這個(gè)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(shuō)。這種材料可以儲(chǔ)存約200焦耳/克，她說(shuō)這“非常適合任何有機(jī)相變材料”。已經(jīng)說(shuō)過(guò)，“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(shuō)。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(duì)這項(xiàng)工作的興趣是展示概念證明，”格羅斯曼說(shuō)，“但我們相信使用光活化材料劫持相變材料的儲(chǔ)熱特性有很大的潛力。”