Isı Enerjisini Depolamanın Yeni Yolu
Fotoğraf: Bu mavi LED lamba kurulumu, büyük değişimli faz değişim malzemeleri filmlerinden gelen ısı deşarjını tetiklemek için kullanılır.
Araştırmacılar, enerjisini talep üzerine serbest bırakabilecek bir kimyasal ısı bataryası için materyal yaratıyorlar.
Günümüzde gelişmekte olan dünyanın büyük bölümünde, insanlar gün boyunca güneşten bol miktarda ısı alırlar, ancak yemek pişirmenin çoğunu, güneş battığında, önemli bir zaman ve çaba sarf ederek elde edilen yakıtları (örneğin; odun veya gübre gibi) kullanarak gerçekleştirirler. Şimdi, MIT’ deki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir kimyasal bileşik buna alternatif sağlayabilir. Bu bileşik, güneşten veya başka herhangi bir kaynaktan gün içinde bir çeşit termal bataryaya ısı depolamak için kullanılabilir ve gerektiğinde ısıyı, örneğin karanlıktan sonra pişirme veya ısıtma için serbest bırakabilir.
Termal depolama için ortak bir yaklaşım, giriş sıcaklığının materyali erittiği ve faz değişiminde (katıdan sıvıya) enerji depolayan bir faz değişim materyali (PCM) olarak kullanılmasıdır. PCM erime noktasının altına geri soğutulduğunda tekrar katı bir madde haline gelir ve bu noktada depolanan enerji ısı olarak bırakılır. Düşük sıcaklık uygulamaları için kullanılan mumlar veya yağlı asitler ve yüksek sıcaklıklarda kullanılan erimiş tuzlar da dahil olmak üzere, bu malzemelerin pek çok örneği vardır. Fakat bütün mevcut PCM’ ler çok fazla izolasyon gerektirir ve bu faz değişim sıcaklığını kontrol edilemeyen bir şekilde geçerler, depolanan ısısını nispeten hızlı bir şekilde kaybederler.
Bunun yerine, yeni sistem, ışığa tepki olarak şekil değiştiren moleküler anahtarlar kullanıyor; PCM’ye entegre edildiğinde, hibrit materyalin faz değiştirme sıcaklığı, faz değişiminin termal enerjisinin orijinal materyalin erime noktasının altında bile muhafaza edilmesine izin vererek ışıkla ayarlanabilir.
MIT Grace Han ve Huashan Li ve Profesör Jeffrey Grossman’ın doktora sonrası yaptığı araştırmalardaki yeni bulgular, Nature Communications Dergisi’nde bildirildi.
Grossman, “Termal enerji ile ilgili sorun onu tutmanın zor olması” dedi. Bu yüzden ekibi, yaygın faz değiştirme malzemeleri için eklentilerin neler olduğunu ya da “ışık onlara parladığında yapısal değişim geçiren küçük moleküller” geliştirdi.
Hüner, talep üzerine, depolanan enerjiyi ısı olarak serbest bırakmak için bu molekülleri yaygın PCM malzemeleriyle bütünleştirmenin bir yolunu bulmaktı. “Termal enerjiyi bir şekilde depolamanın yararlı olacağı pek çok uygulama var, bunu gerektiğinde tetiklemenize izin veriyor” diyor.
Araştırmacılar bunu, yağ asitlerini bir ışık titreşimine tepki gösteren bir organik bileşik ile birleştirerek başarmışlardır. Bu düzenleme ile ışığa duyarlı bileşen, enerjisini depolayan ve bırakan diğer bileşenin ısıl özelliklerini değiştirir. Karışık malzeme ısıtıldığında erir ve ultraviyole ışığa maruz bırakıldıktan sonra geri soğutulduktan sonra bile erimiş halde kalır. Daha sonra, başka bir ışık darbesi ile tetiklendiğinde, malzeme katılaşır ve termal faz değiştirme enerjisini geri verir.
Sistemler ve aynı zamanda malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan Grossman ve Morton ve Claire Goulder, ışıkla aktive olan bir molekülü yaygın gizli ısı resmine entegre ederek ergime, katılaşma ve süper soğutma gibi özellikler için yeni bir kontrol düğmesi ekledik ” dediler. “Sistem sadece solar değil, herhangi bir ısı kaynağından yararlanabilir. Atık ısının kullanılabilirliği, endüstriyel proseslerden, güneş ısısına ve hatta araçlardan gelen ısınmada yaygın olarak görülür ve genellikle boşa gider”. Bu atıklardan bazılarını kullanmak yararlı uygulamalar için bu ısıyı geri dönüştürmenin bir yolunu sağlayabilir. “Teknik olarak ne yapıyoruz,” diyerek açıklamaya devam ediyorlar, “Yeni bir enerji bariyeri takıyoruz, bu yüzden depolanan ısı hızlıca açılamıyor”. Kimyasal olarak depolanan formda, enerji optik tetik etkinleştirilene kadar uzun süre kalabilir. İlk küçük ölçekli laboratuvar sürümleri, depolanan ısının en az 10 saat sabit kalabildiğini gösterdi; buna benzer boyutta bir ısı depolayan bir cihaz, doğrudan ısıyı birkaç dakika içinde dağıtacaktı. Han, “Daha yükseklere çıkmaya ayarlanamayacak temel bir sebep yok” diyor.
“Fikrimizin başlangıç kanıtı olan sisteminde” bu termal depolama malzemesi için elde ettiğimiz sıcaklık değişimi veya aşırı soğutma, 10 derece °C’ye (18F) kadar çıkabiliyor ve biz daha yükseklere çıkabileceğimizi umuyoruz “diyor Grossman.
Han, “Yaygın bir faz değiştirme materyali kullansak bile, enerji yoğunluğu oldukça önemlidir. Malzeme gram başına yaklaşık 200 joule depolayabiliyor ve herhangi bir organik faz değiştirme materyali için çok iyi. İnsanlar bunu kırsal Hindistan’da yemek pişirmek için kullanmaya ilgi duyuyorlar” diyor. Bu tür sistemler tarımsal ürünlerin kurutulması için veya ortam ısıtması için de kullanılabilir.
Grossman, “Bu çalışmaya olan ilgimiz bir fikir ispatını göstermekti. Ancak ışık değişimli materyallerin, faz değiştirme materyalinin termal depolama özelliklerini alıkoymak için kullanılması için çok fazla potansiyeli olduğuna inanıyoruz” dedi.
Kaynak : sciencedaily.com
