新材料可以在白天存储太阳能,并以后作为热量释放

储存太阳能热的新方法

逐层太阳能热燃料聚合物膜包括三个不同的层(每个厚度为4至5微米)。每层后交联,可以构建可调厚度的薄膜。

的工程师麻省理工学院已开发出一种新材料,可以通过日白天收获阳光,并在几小时或几天后释放热量。

想象一下,如果您的衣服可以按需释放足够的热量以保持温暖和舒适,让您拨回恒温器设置,并在凉爽的房间保持舒适。或者,描绘了一辆汽车挡风玻璃,储存太阳能的能量,然后将其释放为熔化一层冰块。

根据麻省理工学院的一组研究人员的说法,这两种情况在不久的将来都可能实现,这要归功于一种新材料,它可以在白天储存太阳能,然后在需要的时候以热量的形式释放出来。这种透明聚合物薄膜可以应用于许多不同的表面,如窗户玻璃或衣服。

虽然太阳是一种几乎取之不尽的能源来源,但它只有大约一半的时间我们需要它 - 在白天期间。对于太阳成为人类需求的主要电力提供商,必须有一种有效的方法来节省夜间和暴风雨的日子。大多数此类努力都集中在电力形式上储存和恢复太阳能,但新发现可以提供一种高效的方法,可以通过化学反应将太阳能的能量储存并以后作为热量释放。

通过麻省理工学院教授Grossman,Postdoc David Zhitomirsky和研究生Eugene Cho的发现在Journal高级能源材料中描述。该团队所说,实现长期稳定存储太阳能的关键,是以化学变化的形式存储,而不是将热量存放在一起。虽然随着时间的推移不可避免地消散,但无论围绕它的绝缘多么好,化学储存系统都可以在稳定的分子配置中无限期地保持能量,直到其释放通过小抖动的热量(或光或电)触发。

麻省理工学院太阳能燃料储存太阳能热的新方法

在研究人员测试宏观放热的平台上,加热元件提供足够的能量来触发太阳能热燃料材料,同时红外摄像机监控温度。带电薄膜(右)释放热量,使得相对于未带电薄膜(左)的温度更高。

两种构型的分子

关键是可以在两种不同的配置中的任一个中保持稳定的分子。当暴露在阳光下时,光的能量将分子踢到其“带电”配置中,它们可以长时间保持这种方式。然后,当由非常特定的温度或其他刺激触发时,分子将其卡回到原始形状,在该过程中脱离热量。

这种以化学为基础的储存材料,被称为太阳热燃料(STF),以前就已经开发过,包括Grossman和他的团队之前的工作。但是,这些早期的努力“在固态应用中用处有限”,因为它们是设计用于液体溶液中,不能制成耐用的固态薄膜,Zhitomirsky说。这种新方法是第一种基于固态材料(在这种情况下是聚合物)的方法,也是第一种基于廉价材料和广泛应用的制造技术的方法。

没有参与这项研究的多伦多大学教授Ted Sargent说:“这项工作为在单一材料中同时收集和存储能量提供了一个令人兴奋的途径。”

Cho说,制造这种新材料只需要两个步骤,“非常简单,而且可扩展”。该系统是基于之前的工作,旨在开发一种太阳能炊具,可以储存太阳热量,在日落后做饭,但“这是有挑战的,”他说。他说,该团队意识到,如果这种储热材料可以制成薄膜,那么它就可以“与许多不同的材料结合在一起”,包括玻璃甚至织物。

为了使薄膜能够储存有用的热量,并确保它的制造容易可靠,研究小组从一种名为偶氮苯的材料开始,这种材料会随着光线改变分子结构。然后偶氮苯可以被微小的热脉冲刺激,恢复到它们原来的结构,并在过程中释放更多的热量。研究人员修改了材料的化学成分,以提高其能量密度(在给定重量下可以存储的能量),形yabovip2021成光滑、均匀层的能力,以及对激活的热脉冲的响应能力。

麻省理工学院太阳能燃料储存太阳能热的新方法

加热元件用来提供足够的能量来触发太阳能热燃料材料,同时红外摄像机监控温度。(全屏查看动画。)

脱冰

格罗斯曼说,他们最终使用的材料是高度透明的,这可以用于汽车挡风玻璃的除冰。格罗斯曼是莫顿和克莱尔·古尔德和家庭环境系统教授,也是材料科学和工程教授。虽然许多汽车已经在后窗安装了细电线,但法律禁止任何通过前窗挡住视线的东西,即使是细电线。但是,用这种新材料制成的透明薄膜夹在两层玻璃之间——就像目前使用的聚合物那样,防止碎玻璃在事故中四处乱飞——可以在没有任何堵塞的情况下提供同样的除冰效果。他说,赞助这项研究的德国汽车公司宝马(BMW)对这一潜在应用很感兴趣。

有了这样的窗户,每当汽车在阳光下行驶时,能量就会储存在聚合物中。然后,“当你触发它时,”只需要电热丝或热风提供的少量热量,“你就会得到这股热量,”格罗斯曼说。“我们做了测试,证明你可以获得足够的热量,让冰从挡风玻璃上掉下来。”他解释说,实现这一点并不需要所有的冰都融化,只需要最靠近玻璃的冰融化到足够大的程度,形成一层水,释放出剩余的冰,使其在重力作用下滑落,或被挡风玻璃刮水器推到一边。

格罗斯曼说,这个团队正在继续改进电影的性能。这种材料目前有轻微的黄色,所以研究人员正在努力提高它的透明度。它可以释放大约10度的冲击波摄氏高于周围的温度 - 足以用于熔化的应用 - 但它们试图将其提升至20度。

目前,该系统对电动汽车来说可能是一个重大利好,因为电动汽车在取暖和除冰方面投入了大量能量,在寒冷的环境下,它们的行驶里程可能会减少30%。格罗斯曼说,这种新型聚合物可以显著减少水的流失。

来自多伦多大学的萨金特表示:“这种方法具有创新性和独特性。”“从科学和工程的角度来看,这项研究是固体储能/热释放材料实际应用的重大进展。”

这项工作得到了NSERCAIRAAD Banting奖学金和BMW的支持。

出版:David Zhitomirsky等,等,“用于热释放应用的固态太阳能热燃料”,高级能源材料,2016;DOI: 10.1002 / aenm.201502006

4评论关于“新型材料可以在白天储存太阳能,之后以热能的形式释放”

  1. Sankaravelayudhan Nandakumar.|2016年1月13日在下午4:34|回复

    组合空气过滤器窒息检测应用,以防止燃烧过程中的窒息和重大关闭:
    随着三角洲压力分析过滤器喷嘴熔化由于灰尘堵塞也可以防止。意大利公司在这些材料的灰尘堵塞和过滤喷嘴熔化问题时没有信号,也可以在操作室嵌入图形算法表示。M/S BHEL研究小组可能会仔细记录这方面的未来设计。
    感谢麻省理工学院的研究学者们。
    Sankravelayudhan Nandakumar,前项目协调员,Cape Institute of Technology,Anna University退休总热能工程师,TNEB

  2. 夹在两层玻璃之间的太阳能电池可能类似于电容器,多余的电流被储存起来,然后在打开时释放出来。在这里,多余的热量被储存起来,然后释放出来,从太阳能电池的材料中发射出太阳能电流。谢谢你!

  3. 我得说这是很大的努力。储存和利用太阳能的概念对未来的一代和技术具有重要意义。

  4. 一个有趣的概念,类似于相变暖手器。它也有一个类似的缺点,那就是你每天只能实现一个愿望,而不是像精灵一样为你提供三个愿望。也就是说,作为一种薄膜,挡风玻璃上的冰融化的能力可能只有一次机会,直到暴露在另一个阳光周期。

    另一个立即浮现在脑海中的问题是:如果是由热量引发的,那么如何防止阳光直接加热窗户(或者在凤凰城,如果阳光直射的话),并在不需要或不需要的时候释放热量呢?它在衣服上的使用也是如此。你需要能量的释放由冷而不是热触发。因此,在我看来,在建议的应用中使用这种材料存在一个主要障碍。

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被公布或共享。