Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Pin hóa chất nhiệt phản ứng với ánh sáng giải phóng năng lượng (07/12/2017)

Các nhà khoa học của MIT đang phát triển một loại vật liệu đa hợp mới có thể hấp thụ nhiệt từ mặt trời hoặc các nguồn khác, lưu trữ và giải phóng năng lượng có kiểm soát khi tiếp xúc với ánh sáng. Vật liệu Thay đổi theo Giai đoạn (PCM) là hỗn hợp các axit béo và các hợp chất hữu cơ, trong tương lai có thể cung cấp bếp nấu năng lượng mặt trời cho các vùng đang phát triển, hấp thụ nhiệt từ mặt trời vào ban ngày và lưu trữ để sử dụng vào ban đêm.

Các nhà khoa học và kỹ sư quan tâm đến PCM cho nhiều ứng dụng tiềm năng vì nó có thể hấp thụ hoặc giải phóng lượng nhiệt lớn khi thay đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng hoặc ngược lại. Nó đã được sử dụng để điều hòa nhiệt trong các tòa nhà, tạo ra "pin nhiệt" và thậm chí giữ nóng cà phê khi đi trên đường.

Nguyên tắc sử dụng PCM làm nguồn nhiệt rất đơn giản. Ví dụ, khi làm tan băng đá thông thường cần một lượng nhiệt đáng kể để biến nó thành nước. Đây là một trong những lý do tại sao tuyết không tan chảy hoàn toàn trong một ngày nhiệt độ tăng cao bất thường và tại sao những viên nước đá làm lạnh đồ uống tốt hơn những viên thép không gỉ giữ trong tủ đá.

Khó khăn nằm ở việc làm cho PCM, như sáp, axit béo, hoặc muối nóng chảy, thay đổi trạng thái ở nhiệt độ hợp lý, giữ ở trạng thái lỏng trong một thời gian dài, và làm cho nó giải phóng nhiệt theo yêu cầu. Đối với nhiều chất, việc giữ trạng thái lỏng cần cách nhiệt dày dặn, trong khi việc giải phóng nhiệt theo yêu cầu phụ thuộc vào việc tạo ra một PCM có thể giải phóng năng lượng khi bị đốt nóng nhẹ hoặc tiếp xúc với chất xúc tác. Tuy nhiên, một khi PCM bắt đầu giải phóng nhiệt, nó sẽ giải phóng tất cả cùng một lúc do PCM chuyển đổi từ dạng lỏng sang rắn.

Cách tiếp cận của MIT là đưa vào các phân tử nhỏ hoạt động như các bộ kích khởi vào PCM thông thường. Trong trường hợp này, PCM là acid béo tridecanoic acid trộn lẫn với hợp chất hữu cơ của chất phụ gia azobenzene và một nhóm este tridecanoic.

Vật liệu lai này hóa lỏng khi bị đun nóng, nhưng khi tiếp xúc với ánh sáng cực tím, nó vẫn giữ ở trạng thái lỏng ngay cả khi đã nguội. Điều này có nghĩa là hầu hết nhiệt bị khóa trong hợp chất ở mức 200 jun/gram. Một xung ánh sáng sẽ kích hoạt axit béo và PCM sẽ đông lại, giải phóng nhiệt.

Như vậy vật liệu mới có thể được sử dụng như một loại pin nhiệt hóa học cho phép nhiệt được giải phóng theo yêu cầu và với số lượng mong muốn. Ngoài ra, PCM có thể lưu giữ nhiệt trong hơn 10 giờ và các nhà nghiên cứu cho biết rằng thời gian này có thể được cải thiện hơn.

Hiện tại, MIT PCM vẫn đang ở giai đoạn chứng minh khái niệm, mặc dù nó đã có thể xử lý thay đổi nhiệt độ 10 độ C (18 độ F). Các nhà khoa học hy vọng nó có thể được ứng dụng không chỉ trong bếp điện năng lượng mặt trời mà còn có thể sấy khô ngũ cốc và thu hồi nhiệt thải từ các nhà máy và xe cộ để tái sử dụng sau.

Nguồn: N.K.L (NASATI),

https://newatlas.com/chemical-heat-battery-light-mit/52296/), 27/11/2017