Científicos en China han propuesto y realizado un nuevo concepto: baterías térmicas barocalóricas basadas en el exclusivo efecto barocalórico inverso. Con ello pueden extraer energía térmica de fuentes de calor residual de baja temperatura y reutilizarla bajo demanda, simplemente controlando la presión
Un equipo de investigación chino ha desarrollado un nuevo concepto para extraer energía térmica de fuentes de calor residual de baja temperatura y reutilizarla bajo demanda simplemente controlando la presión.
La producción de calor representa más del 50% del consumo de energía final del mundo y el análisis del potencial de calor residual muestra que el 72% del consumo de energía primaria del mundo se pierde después de la conversión, principalmente en forma de calor. También es responsable de más del 30% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero.
En este contexto, los investigadores dirigidos por el Prof. LI Bing del Instituto de Investigación de Metales de la Academia de Ciencias de China han propuesto y realizado un nuevo concepto: baterías térmicas barocalóricas basadas en el efecto barocalórico inverso único.
El estudio se publicará hoy (17 de febrero de 2023) en la revista Avances de la ciencia.
Baterías térmicas barocalóricas: Concepto y realización. Crédito: Instituto de Investigación de Metales
Un efecto barocalórico inverso se caracteriza por una respuesta endotérmica inducida por la presión, en marcado contraste con un efecto barocalórico normal donde la presurización conduce a una respuesta exotérmica. “Un ciclo de batería térmica barocalórica consta de tres pasos, incluida la carga térmica tras la presurización, el almacenamiento con presión y la descarga térmica tras la despresurización”, dijo el profesor LI, autor correspondiente del estudio.
La batería térmica barocalórica se materializó en tiocianato de amonio (NH4SCN). La descarga se manifestó como el calor de 43 J g-1 o un aumento de temperatura de unos 15 K. El calor liberado fue 11 veces mayor que la entrada de energía mecánica.
Para comprender el origen físico del efecto barocalórico inverso único, el material de trabajo NH4SCN se ha caracterizado bien utilizando técnicas de dispersión de neutrones y rayos X de sincrotrón. Sufre una transición de fase estructural cristalina de una fase monoclínica a una ortorrómbica a 363 K, acompañada de una expansión térmica volumétrica negativa de ~ 5% y cambios de entropía de aproximadamente 128 J kg-1 k-1.
Esta transición es impulsada fácilmente por presiones tan bajas como 40 MPa, y es el primer sistema barocalórico inverso con cambios de entropía superiores a 100 J·kg.-1k-1. Las simulaciones de dispersión de neutrones dependientes de la presión y dinámica molecular mostraron que las vibraciones transversales de los aniones SCN¯ aumentan con la presión y los enlaces de hidrógeno que forman el orden de largo alcance se debilitan.
Como resultado, el sistema se desordena en respuesta a la presión externa y, por lo tanto, el material absorbe calor del ambiente.
Como una solución emergente para manipular el calor, se espera que las baterías térmicas barocalóricas desempeñen un papel activo en una variedad de aplicaciones, como la recolección y reutilización del calor residual industrial a baja temperatura, los sistemas de transferencia de calor de refrigeración de estado sólido, las redes inteligentes y la gestión del calor residencial. .
Referencia: “Baterías térmicas basadas en efectos barocalóricos inversos” 17 febrero 2023, Avances de la ciencia.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374
Este estudio fue apoyado por CAS, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
