Phương pháp mới để trích xuất năng lượng nhiệt từ các nguồn nhiệt thải ở nhiệt độ thấp

Phương pháp mới để trích xuất năng lượng nhiệt từ các nguồn nhiệt thải ở nhiệt độ thấp

    Phương pháp mới để trích xuất năng lượng nhiệt từ các nguồn nhiệt thải ở nhiệt độ thấp
    Bởi  VIỆN KHOA HỌC TRUNG QUỐC ngày 17 tháng 2 năm 2023

    Heat Energy Ball Transfer Explosion Concept

    Các nhà khoa học ở Trung Quốc đã đề xuất và hiện thực hóa một khái niệm mới—pin nhiệt barocaloric dựa trên hiệu ứng barocaloric nghịch đảo độc đáo. Với điều này, họ có thể trích xuất năng lượng nhiệt từ các nguồn nhiệt thải ở nhiệt độ thấp và tái sử dụng theo yêu cầu, đơn giản bằng cách kiểm soát áp suất.

    Một nhóm nghiên cứu của Trung Quốc đã phát triển một khái niệm mới để trích xuất năng lượng nhiệt từ các nguồn nhiệt thải ở nhiệt độ thấp và tái sử dụng nó theo yêu cầu chỉ bằng cách kiểm soát áp suất.

    Sản xuất nhiệt chiếm hơn 50% mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng của thế giới và phân tích tiềm năng nhiệt thải cho thấy 72% mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp của thế giới bị thất thoát sau khi chuyển đổi, chủ yếu ở dạng nhiệt. Nó cũng chịu trách nhiệm cho hơn 30% lượng khí thải nhà kính toàn cầu.

    Trong bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu do Giáo sư LI Bing từ Viện Nghiên cứu Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đứng đầu đã đề xuất và hiện thực hóa một khái niệm mới—pin nhiệt barocaloric dựa trên hiệu ứng barocaloric nghịch đảo độc đáo.

    Nghiên cứu này sẽ được công bố hôm nay (17 tháng 2 năm 2023) trên tạp chí Science Advances.

    Pin nhiệt barocaloric: Khái niệm và hiện thực hóa. Tín dụng: Viện nghiên cứu kim loại

    Hiệu ứng nhiệt lượng ngược được đặc trưng bởi phản ứng thu nhiệt do áp suất gây ra, trái ngược hoàn toàn với hiệu ứng nhiệt lượng bình thường trong đó áp suất dẫn đến phản ứng tỏa nhiệt. Giáo sư LI, tác giả tương ứng của nghiên cứu cho biết: “Một chu kỳ pin nhiệt barocaloric bao gồm ba bước, bao gồm sạc nhiệt khi điều áp, lưu trữ với áp suất và xả nhiệt khi giảm áp suất.

    Barocaloric Thermal Batteries: Concept and Realization

    Pin nhiệt barocaloric được vật chất hóa bằng amoni thiocyanate (NH4SCN). Sự phóng điện được thể hiện dưới dạng nhiệt 43 J g-1 hoặc nhiệt độ tăng khoảng 15 K. Nhiệt tỏa ra lớn hơn 11 lần so với năng lượng cơ học đầu vào.

    Để hiểu nguồn gốc vật lý của hiệu ứng nhiệt lượng nghịch đảo độc đáo, vật liệu làm việc NH4SCN đã được mô tả rõ ràng bằng cách sử dụng kỹ thuật tán xạ neutron và tia X synchrotron. Nó trải qua quá trình chuyển đổi pha cấu trúc tinh thể từ pha đơn tà sang pha trực thoi ở 363 K, kèm theo sự giãn nở nhiệt âm thể tích ~5% và thay đổi entropy khoảng 128 J kg-1 K-1.

    Quá trình chuyển đổi này dễ dàng được thúc đẩy bởi áp suất thấp tới 40 MPa và đây là hệ thống nhiệt lượng ngược đầu tiên có thay đổi entropy lớn hơn 100 J kg-1K-1. Các mô phỏng động lực học phân tử và tán xạ neutron phụ thuộc vào áp suất cho thấy các dao động ngang của các anion SCN¯ được tăng cường bởi áp suất và các liên kết hydro tạo thành trật tự tầm xa sau đó bị yếu đi.

    Kết quả là hệ thống trở nên mất trật tự khi phản ứng với áp suất bên ngoài và do đó vật liệu hấp thụ nhiệt từ môi trường.

    Là một giải pháp mới nổi để điều khiển nhiệt, pin nhiệt barocaloric dự kiến sẽ đóng vai trò tích cực trong nhiều ứng dụng như thu gom và tái sử dụng nhiệt thải công nghiệp ở nhiệt độ thấp, hệ thống truyền nhiệt làm lạnh trạng thái rắn, lưới điện thông minh và quản lý nhiệt dân dụng. .

    Tham khảo: “Pin nhiệt dựa trên hiệu ứng nhiệt lượng nghịch đảo” ngày 17 tháng 2 năm 2023, Science Advances.
    DOI: 10.1126/sciadv.add0374

    Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi CAS, Bộ Khoa học và Công nghệ Trung Quốc và Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc.

    Zalo
    Hotline