Около 50 процентов потребляемой в мире энергии расходуется на производство тепла. Около 72 процентов от этого количества безвозвратно теряется после преобразования и использования. И это происходит из-за отсутствия технологий сбора энергии из низкотемпературных источников, использование которых является экономически обоснованным и выгодным. Но не так давно группа исследователей из Института исследований металлов Китайской академии наук разработала новую технологию – тепловые батареи на основе инверсного барокалорического эффекта.
Нормальный барокалорический эффект заключается в резком повышении температуры при таком же резком повышении давления, обратный эффект – в понижении температуры при сбросе давления. Но у некоторых материалов наблюдается совершенно обратная ситуация, и это называется инверсным барокалорическим эффектом. “Используемый в наших батареях тепловой цикл состоит из трех шагов, батарея герметизируется при определенном давлении, заряжается теплом из внешнего источника и затем отдает это тепло после разгерметизации” – пишут исследователи.
Рабочей средой тепловой батареи является тиоцианат аммония (NH4SCN). Изменение давления в заряженной батарее приводит к выбросу тепловой энергии в количестве 43 Дж*г^-1, что приводит к повышению температуры на 15 градусов. При этом, количество выделяемой энергии в 11 раз превосходит количество механической энергии, затрачиваемой на выполнение теплового цикла, на сжатие рабочей среды.
Для понимания физических основ инверсного барокалорического эффекта тиоцианат аммония был тщательно изучен при помощи синхротронной рентгеновской установки и метода рассеивания нейтронов. При температуре 363 K этот материал совершает фазовый переход от моноклинического до призматического строения кристаллической решетки. Это сопровождается отрицательным тепловым расширением на уровне -5 процентов и изменениями энергетической энтропии в 128 Дж*кг^-1*K^-1. Также такой фазовый переход легко происходит при повышении давления всего до 40 МПа.
Исследователи ожидают, что разработанные ими тепловые батареи могут стать тем, что позволит собирать для повторного использование тепло из низкотемпературных источников. Кроме этого, такие же принципы могут быть использованы для создания новых типов высокоэффективных систем охлаждения.
