1001 БОЛЕЗНЬ
Новый химический состав, созданный инженерами Массачусетского технологического института, можно использовать для хранения тепла от Солнца или любого другого источника в течение дня в виде тепловой батареи, и он может выделять тепло при необходимости.
Общим подходом к тепловому хранению является использование так называемого материала с изменением фазы (PCM), где входное тепло расплавляет материал и его фазовое изменение хранит энергию. Когда PCM охлаждается ниже точки плавления, он возвращается в твердое тело и в этот момент запасенная энергия выделяется в виде тепла. Существует много примеров этих материалов, включая воски или жирные кислоты, используемые для низкотемпературных применений, и расплавленные соли, используемые при высоких температурах. Но все существующие РСМ требуют большой изоляции и неконтролируемо проходят температуру изменения фаз, теряя их накопленное тепло относительно быстро.
Команда ученых под руководством Джеффри Гроссмана использовала молекулярные переключатели, которые изменяют форму в ответ на свет. При интегрировании их в материал с изменением фазы температура изменения фазы гибридного материала регулируется светом, позволяя контролировать выход энергии значительно ниже температуры плавления исходного материала. «Проблема с тепловой энергией заключается в том, что ее трудно удержать», объясняет Гроссман, добавив, что они придумалти «небольшие молекулы, которые подвергаются структурным изменениям, когда на них светит свет».
Трдуность заключалась в том, чтобы найти способ соединить эти молекулы с обычными материалами PCM для выработки накопленной энергии в виде тепла по требованию. «Существует так много приложений, где было бы полезно хранить тепловую энергию таким образом, чтобы вы могли запускать ее при необходимости», — говорит он.
Исследователи объединив жирные кислоты с органическим соединением, которое реагирует на импульс света. При таком расположении светочувствительный компонент изменяет термические свойства другого компонента, который сохраняет и высвобождает свою энергию. Гибридный материал плавится при нагревании и после воздействия ультрафиолетового света остается расплавленным даже при остывании. Затем, когда срабатывает другой импульс света, материал затвердевает и возвращает тепловую энергию.
«Интегрируя светоактивированную молекулу в традиционный материал, мы добавляем новый вид управления для таких свойств, как плавление, затвердевание и переохлаждение», — говорит Гроссман.
Система может использовать любой источник тепла, а не только солнечный свет. «Доступность отработанного тепла широко распространена, от промышленных процессов, до солнечного тепла и даже тепла, выходящего из транспортных средств, и это обычно просто теряется», отметили разработчики. Использование некоторых из этих отходов может обеспечить способ утилизации тепла для полезных применений.
«Мы устанавливает новый энергетический барьер, поэтому накопленное тепло не может быть немедленно выпущено», добавила соавтор изобретения Грэйс Хан. В своей химически сохраненной форме энергия может оставаться в течение длительного времени, пока не будет активирован оптический триггер. В своих экспериментах инженеры показали, что накопленное тепло может оставаться стабильным в течение 10 часов. «Уже сейчас плотность энергии весьма значительна, хотя мы используем обычный материал с фазовым изменением», говорит Хан. Материал может хранить около 200 джоулей на грамм, что «очень хорошо для любого материала с органическим фазовым изменением».
