MIT研究团队研制“分子开关” 以此制造低成本热电池

2017-11-22 05:19| 发布者: 重庆夜生活| 来自: 重庆桑拿| 查看: 133| 评论: 0

摘要:   相变材料(PCM - Phase Change Material)是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。其中物理性质的转变过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。  背景|热性能  吸热和散热是相变材料 ...

  相变材料(PCM - Phase Change Material)是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。其中物理性质的转变过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

  背景|热性能

  吸热和散热是相变材料最基础也是最重要的性质,故而利用这一特点进行相关产品的研发是相变材料目前最为广泛的应用。

  在航空航天领域,对宇航员和航天器的保护多采用相变材料,所以上世纪该材料是俄美等航空大国的垄断“财富”;后来,随着科技的发展,现在将相变材料应用到建筑中,可以达到节能60%-99%;在军事上,由于相变材料可以吸收大量的热,将其应用到装甲等的热防护上,可以大大提高军事装备的抗打击能力。

  所以,在热电池的储能方面,一大热门的研究方向就是采用相变材料,即当吸收热量时,材料从固态到液态发生相变来储存能量,当温度低于熔点时,材料会变回到固体,并将储存的热量释放。但是,目前所有的相变材料都要先进行绝缘处理,且其在散热时的相变过程难以控制。

  研究|分子开关

  对此,麻省理工学院(MIT)的研究团队开发了一种新型化学复合材料,以实现对热电池散热过程的精准控制。

  为了实现控制功能,研究团队采用了“分子开关”,该开关可以根据光线改变形状。当集成到PCM中时,我们就可以用光线来调节材料的温度,使得相变的温度点保持低于原材料的熔点。

  那究竟怎样实现这一“分子开关”功能呢?

  对此,Jeffrey Grossman教授指出:“诀窍在于找到一种方法,将分子与传统的相变材料结合在一起,让其按需释放储存的能量。”

  经过实验研究,研究人员将脂肪酸与对光脉冲作出响应的有机化合物相结合,以此充当“分子开关”,其中,光敏元素可以改变另一元素存储和释放热量的性能。

MIT研究团队研制“分子开关”,以此制造低成本热电池

  实验中,研究人员对阳光下的条件进行模拟。当他们给一定的热时,混合材料会在加热时融化,随后研究人员对其进行紫外线照射,发现即便温度很低材料依然保持液态,只有当研究人员给一个光脉冲触发它,材料才会重新凝固并返回到收集能量的初态。

  对于这一过程,研究人员Grace Han解释道:“我们技术上做的是一个新的能量屏障,因此储存的能量不会立即释放,在化学存储的形式下,能量可以存储很长时间,直到光学触发器被触发,它才会释放能量。”

  值得指出的是,本次实验过程中,储存的热量可以维持至少10个小时,而同等大小的传统装置下,能量只能维持几分钟的存储时间。

  关于能量密度这一重要参数,Han表示:“即使我们使用传统的相变材料,能量密度也是相当重要的,现在这种材料每克可以储存大约200焦耳的能量,有机相变材料中这一性能是非常好的了。而且人们已经表示有兴趣在印度农村地区使用这种材料进行烹饪了,这一装置也可以用于农作物的烘干或供暖。”

  应用|储能和通信

  关于这一技术未来的应用前景,Han说道:“它可以利用任何热源,而不仅仅是太阳能。生活中,从工业过程、太阳能加热到车辆散发的热量,废热是普遍存在的,而且通常都会被浪费,利用这一方法就可以帮助回收各种废热。”

  除了常见的储能这一应用场景,在计算机主存的制作上,有研究团队发现采用相变材料制作的新型内存具有低功耗、低成本的特点,但因该种材料性质难以控制,故而其发展一直受限。现在,我国中科院的研究团队也已经在此方面取得了较大突破。伴随着对相变材料性能的精准控制,相变材料将开始应用到全新领域。


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