طور فريق بحث صيني مفهومًا جديدًا لاستخراج الطاقة الحرارية من مصادر الحرارة المنخفضة الحرارة المهدرة وإعادة استخدامها عند الطلب ببساطة عن طريق التحكم في الضغط.

يمثل إنتاج الحرارة أكثر من 50 ٪ من الاستهلاك النهائي للطاقة في العالم ، ويظهر تحليل إمكانات الحرارة المهدرة أن 72 ٪ من استهلاك الطاقة الأولية في العالم يُفقد بعد التحويل ، بشكل رئيسي في شكل حرارة. كما أنها مسؤولة عن أكثر من 30٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية.


على هذه الخلفية ، اقترح الباحثون بقيادة البروفيسور LI Bing من معهد أبحاث المعادن التابع للأكاديمية الصينية للعلوم وأدركوا مفهومًا جديدًا – بطاريات حرارية باروكالوريك تعتمد على تأثير باروكالوريك العكسي الفريد.

ستنشر الدراسة اليوم (17 فبراير 2023) في المجلة تقدم العلم.

البطاريات الحرارية الباروكالورية: المفهوم والإدراك. الائتمان: معهد أبحاث المعادن

يتميز تأثير الضغط الجوي العكسي باستجابة ماصة للحرارة ناتجة عن الضغط ، في تناقض حاد مع تأثير باروكالوريك العادي حيث يؤدي الضغط إلى استجابة طاردة للحرارة. قال البروفيسور LI ، المؤلف المقابل للدراسة: « تتكون دورة البطارية الحرارية للباروكالوريك من ثلاث خطوات ، بما في ذلك الشحن الحراري عند الضغط ، والتخزين بالضغط ، والتفريغ الحراري عند إزالة الضغط ».

تم تصنيع البطارية الحرارية باروكالوريك في ثيوسيانات الأمونيوم (NH₄SCN). تجلى التفريغ على أنه حرارة 43 J جم^-1 أو ارتفاع درجة الحرارة بحوالي 15 كلفن ، كانت الحرارة المنبعثة أكبر بـ 11 مرة من مدخلات الطاقة الميكانيكية.

لفهم الأصل المادي للتأثير الباروكالوري العكسي الفريد ، مادة العمل NH₄تم وصف SCN جيدًا باستخدام تقنيات الأشعة السينية السنكروترونية والتشتت النيوتروني. يمر بمرحلة انتقالية هيكلية بلورية من طور أحادي الميل إلى طور تقويمي عند 363 كلفن ، مصحوبًا بتمدد حراري سلبي حجمي بنسبة 5 ٪ تقريبًا وتغيرات إنتروبيا تبلغ حوالي 128 J كجم^-1 ك^-1.

يتم تحريك هذا الانتقال بسهولة عن طريق ضغط منخفض يصل إلى 40 ميجا باسكال ، وهو أول نظام باروكالوري معكوس مع تغيرات إنتروبيا أكبر من 100 ج كغ^-1ك^-1. أظهرت عمليات محاكاة نثر النيوترونات المعتمدة على الضغط وديناميكيات الجزيئات أن الاهتزازات المستعرضة لأنيونات SCN¯ تتعزز بالضغط ثم تضعف الروابط الهيدروجينية التي تشكل الترتيب بعيد المدى.


نتيجة لذلك ، يصبح النظام مضطربًا استجابةً للضغط الخارجي وبالتالي تمتص المادة الحرارة من البيئة.

كحل ناشئ لمعالجة الحرارة ، من المتوقع أن تلعب البطاريات الحرارية الباروكالورية دورًا نشطًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل تجميع حرارة النفايات الصناعية ذات درجة الحرارة المنخفضة وإعادة استخدامها ، وأنظمة نقل حرارة التبريد في الحالة الصلبة ، والشبكات الذكية ، وإدارة الحرارة السكنية .

المرجع: « البطاريات الحرارية القائمة على تأثيرات الضغط الجوي العكسي » 17 فبراير 2023 ، تقدم العلم.
DOI: 10.1126 / sciadv.add0374

تم دعم هذه الدراسة من قبل CAS ، ووزارة العلوم والتكنولوجيا في الصين ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين.