MIT 開發相變材料儲熱系統,以「分子開關」罩住各種廢熱

作者 | 發布日期 2017 年 11 月 28 日 12:15 | 分類 尖端科技 , 材料 , 材料、設備 follow us in feedly

不論是白天太陽能、工業熱能還是汽車散發的熱氣,未來或可交由美國麻省理工學院(MIT)開發的相變材料儲熱系統保管,需要時再以可控方式釋放,比如晚上想烹飪、加熱開水。配合團隊獨家開發的「分子開關」技術,這些熱量可穩定保存至少 10 小時,對於那些白天能收集熱能的地區,入夜之後或許能做為另類省電節能方法。



相變材料(Phase Change Material,縮寫 PCM)是一種隨溫度變化而改變物態(固態、液態、氣態)的物質,於變化過程中吸收、釋放能量,特別是「固態 ⇄ 液態」方面的應用最具價值也最常見,現在可在建築物熱量調節或熱電池(thermal battery)上看見這些作用原理。至於一般民眾最常見的相變材料其實就是蠟燭:吸收熱量時融化成液態、冷卻時又變回固體。

麻省理工學院團隊開發的新型相變材料為脂肪酸與有機化合物的混合物,原理相同,當溫度升高時,相變材料會從固態變成液態,此時大部分熱量以每克 200 焦耳的速度被鎖定在複合材料中;當溫度降低時,相變材料從液態變回固態,此時能量會做為熱能釋放。

研究領導人 Jeffrey Grossman 教授指出,一切差別只在於目前所有相變材料都需要大量絕緣體,且不能控制溫度變化引起的熱量流失(又從液態變回固態),而麻省理工學院透過開發「分子開關」解決了這項問題。

分子開關就像一個能源堡壘,研究團隊在傳統相變材料中加入了「光照時會發生結構變化的偶氮苯分子」,當團隊用紫外光照射時,偶氮苯分子的結構從平面變扭曲(異構物),連帶破壞周圍相變材料的分子堆積,使相變材料即使失去溫度也能維持在液體狀態。

等需要相變材料釋放熱量時,再將材料暴露在可見光之下就會固態化,實驗中,研究人員是以藍色 LED 燈照射,使偶氮苯分子排列重新回到平面結構,讓相變材料的分子開始結晶成固態。

這項技術在傳統電網不發達的地區將產生各式各樣的應用,你可以將這種相變材料放在太陽底下、汽車車輛的散熱片前、高溫工業機器上等,所有會浪費熱能的東西都可以搭配,團隊指出,他們目前最感興趣的目標客戶群為印度農村:他們白天可以儲存熱能,晚上再利用這些能量做飯。這項研究已發表在《自然通訊》期刊。

(圖片來源:麻省理工學院新聞辦公室)