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 из Китайской академии наук предложили и реализовали новую концепцию — барокалорические тепловые батареи, основанные на уникальном обратном барокалорическом эффекте. Работа была опубликована сегодня в рецензируемом журнале Science Advances.
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.
Барокалорическая термобатарея была реализована в тиоцианате аммония (NH 4 SCN). Разряд проявлялся в виде теплоты 43 Дж/г -1 или повышении температуры примерно на 15 К. Выделившееся тепло в 11 раз превышало подводимую механическую энергию.
Чтобы понять физическое происхождение уникального обратного барокалорического эффекта, рабочий материал NH 4 SCN был подробно изучен 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 изменениями энтропии около 128 Дж/кг -.
Этот переход легко вызывается давлением до 40 МПа, и это первая обратная барокалорическая система с изменением энтропии более 100 Дж кг -1 К -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.
