Científicos en China han propuesto y realizado un nuevo concepto: baterías térmicas barocalóricas basadas en el efecto barocalórico inverso único. Con esto, 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 propuso y realizó 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 Science Advances.
Baterías térmicas barocalóricas: Concepto e implementación. 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 en la presurización, el almacenamiento bajo presión y la descarga térmica en la despresurización”, dijo el Prof. LI, autor correspondiente del estudio.
La batería térmica barocalórica se materializó en tiocianato de amonio (NH4SCN). La descarga se manifestó como un 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 exclusivo efecto barocalórico inverso, se caracterizó bien el material de trabajo NH4SCN 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 alrededor de 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. La dispersión de neutrones dependiente de la presión y las simulaciones de dinámica molecular han demostrado 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 el manejo del 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” por Zhe Zhang, Kuo Li, Shangchao Lin, Ruiqi Song, Dehong Yu, Yida Wang, Jingfan Wang, Shogo Kawaguchi, Zhao Zhang, Chenyang Yu, Xiaodong Li, Jie Chen, Lunhua He , Richard Mole, Bao Yuan, Qingyong Ren, Kun Qian, Zhuangli Cai, Jingui Yu, Mingchao Wang, Changying Zhao, Xin Tong, Zhidong Zhang y Bing Li, 17 de febrero de 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.add0374
Este estudio fue financiado por CAS, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
