Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Глобальный Инновационный Гиперпортал

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 58 RSS
←   Январь 2016   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.gigport.ru
Открыта: 28-11-2013

Автор
Джек Воробей

Статистика

58 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Глобальный Инновационный Гиперпортал



ЛОВУШКА ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛА ЛОВУШКА ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛА


09.01.2016 материаловедение, химия, полимер, солнечная энергия, хранение энергии





Учёные из США нашли ещё один способ хранения солнечного тепла. Полимер может собирать солнечный свет днём, а выделять тепло по мере спроса - по часам, или много дней спустя.

Слой за слоем новая полимерная плёнка, предназначенная для аккумуляции солнечного тепла, включает в себя три отдельных слоя (от 4 до 5 микрон в толщину каждый). Возможность добавления новых слоёв позволяет создавать плёнки любой толщины.

Представьте себе, что ваша одежда может, по требованию, высвобождать из себя достаточно тепла, чтобы обеспечить вас теплом и уютом в прохладной комнате, вне зависимости от работы отопительных приборов. Или, например, лобовое стекло автомобиля, которое сохраняет энергию солнца, а в нужный момент высвобождает её взрывом тепла, растапливая слой льда.

Группа исследователей Массачусетского технологического института, разрабатывает оба сценария, благодаря новому материалу, который может хранить солнечную энергию в течение дня и высвобождать её позже в виде тепла, когда это необходимо. Этот прозрачный плёночный полимер может быть применён к различным поверхностям, таким как стекло или ткань одежды.

Хотя солнце является практически неисчерпаемым источником энергии, она доступна только около половины суток - в дневное время. Чтобы Солнце могло стать основным поставщиком электроэнергии для нужд человека, должен быть эффективный способ сбора энергии, для использования в ночное время и бурные дни. Большинство усилий сосредоточены на хранение и восстановление солнечной энергии в виде электричества, но новое открытие может обеспечить весьма эффективный метод для хранения солнечной энергии в результате химической реакции и высвобождать её позже в виде тепла.

Открытие, учёных Массачусетского технологического института, профессора Джеффри Гроссмана, постдока Дэвида Житомирского и аспиранта Евгения Чо, описывается в журнале Advanced Energy Materials. Учёные считают, что ключом к долгосрочному, стабильному хранению солнечного тепла, являются химическиё изменения, а не хранение самого тепла. В то время как тепло неизбежно рассеивается в течение долгого времени, независимо от того, насколько хороша изоляция вокруг него, система хранения химикатов может сохранять энергию неопределённое время в стабильной молекулярной конфигурации, пока её высвобождению не поспособствует небольшой толчок тепла (или света, или электричества).

Молекулы с двумя конфигурациями

 Ключ представляет собой молекулу, которая может оставаться стабильной в одном из двух различных конфигураций. При воздействии солнечных лучей, энергия света переводит молекулы в их «заряженную» конфигурацию, и они могут оставаться таким в течение длительного периода. Потом, когда задаётся определённая температура или другой стимул, молекулы переходят обратно в их первоначальное состояние, выделяя в процессе взрыв тепла.

«Такие материалы, основанные на химическом хранении, известные как солнечные тепловые топливные элементы (STF - solar thermal fuels), были разработаны раньше, в том числе в предыдущей работе Гроссмана и его команды. Но эти ранние усилия были ограничены полезностью в твёрдотельных материалах, так как были предназначены для использования в жидких растворах, и не способны создавать долговечные твёрдотельные плёнки», - говорит Житомирский. «Новый подход является первым на основе твёрдотельного материала, в данном случае полимера, и первым на основании недорогих материалов, и широко распространённой технологии производства».

«Производство нового материала требует только двухступенчатого процесса, который очень простой и очень масштабируемый», - говорит Чо. «Система основана на предыдущей работе, которая была направлена на создание солнечной плиты, способной хранить солнечное тепло для приготовления пищи после захода солнца, но тогда возникли проблемы. Команда поняла, что если тепло-хранящий материал может быть выполнен в виде тонкой плёнки, то он может быть включён в состав различных материалов, в том числе стекла или даже ткани», - говорит он.

Чтобы плёнка была способна хранить полезное количество тепла, и при этом была бы легка и надёжна в изготовлении, команда выбрала материалы, называемые azobenzenes (азобензол C6H5N=NC6H5 - простейшее ароматическое азосоединение), которые изменяют свои молекулярные конфигурации, как реакция на свет. В azobenzenes можно стимулировать крошечными импульсами тепла, для возвращения их к своей первоначальной конфигурации, освобождая в процессе гораздо большее количества тепла.

В ходе экспериментов, учёные изменили химию материала так, чтобы улучшить его энергетическую плотность - количество энергии, которое может быть сохранено для данного веса, а также его способность образовывать гладкие, однородные слои, и его способность реагировать на активирующий тепловой импульс.

Пролить лёд

«Материал, который мы создали очень прозрачный, что может сделать его полезным для антиобледенительных автомобильных стёкол», - говорят Гроссман, супруги Мортон и Клэр Голдеры, профессор экологических систем и профессор материаловедения и инженерии. «В то время как во многих автомобилях уже есть прекрасные нагревательные провода, встроенные для этой цели в задние окна, устанавливать всё, что блокирует взгляд через переднее окно запрещено законом, даже тонкие провода. Но прозрачная плёнка из нового материала, зажатая между двумя слоями стекла - как это сейчас делается со связывающими полимерами для предотвращения разлетания осколков стекла при аварии - может обеспечить тот же эффект плёнка для льдоудаления без какого-либо блокирования обзора. Немецкий автоконцерн BMW, спонсор данного исследования, заинтересован в этом потенциальном применении», - говорят они.

«При таком окне, энергия будет запасаться в полимере каждый раз, когда машина оказывается в солнечном свете. Затем, когда вы "запускаете процесс" используя лишь небольшое количество тепла, которое может быть обеспечено с помощью нагревательного провода или слоёного нагретого воздуха, вы получите этот "взрыв тепла"», - говорит Гроссман. «Мы сделали тесты, чтобы показать, что вы могли бы получить достаточно тепла, чтобы сбросить лёд с лобового стекла». Возможность осуществления этого он объясняет так - не требуется, чтобы весь лёд растаял, на самом деле достаточно только, чтобы растаял, ближайший к стеклу, слой льда. В этом случае обеспечивается слой воды, который заставляет остальную часть льда соскальзывать под действием силы тяжести, или даёт возможность легко удалить дворниками.

Учёные продолжают работу по улучшению свойств плёнки. Дело в том, что материал в настоящее время имеет небольшой желтоватый оттенок, поэтому исследователи работают над улучшением прозрачности. Сейчас плёнка может высвобождать всплеск тепла примерно на 10°С выше температуры окружающей среды - достаточного для применения льда плавления - но учёные пытаются повысить разницу до 20°С.

 

Уже сейчас система, как она существует в настоящее время, может быть значительным благом для электрических автомобилей, которые расходуют немало энергии на отопление и антиобледенение, как результат, их возможности сокращаются в холодных условиях на 30%. Новый полимер может значительно снизить эту потерю электричества.

 
В избранное