9 مارس 2022 -توسط جنی اپلکوئیست، دانشگاه ایلینوی در اوربانا-شامپین -دستگاه آزمایشی نشان دهنده پیستون مورد استفاده برای اعمال فشار به PCM درون ظرف. منبع گرما (پدهای گرمایش) در پایین قرار دارد. اعتبار: کالج مهندسی Grainger، دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign
آیا تا به حال از گرمای تابستان با کشیدن یک حوله خیس روی سر خود رهایی یافته اید؟ اگر چنین است، شما از یک ماده تغییر فاز (PCM) سود برده‌اید: ماده‌ای که با انتقال بین دو حالت اساسی ماده، مانند حالت جامد، مایع یا گاز، انرژی آزاد جذب می‌کند. حوله مرطوب شما را خنک می کند زیرا آب یک PCM است که هنگام تبخیر گرما را جذب می کند – به عبارت دیگر، زمانی که از حالت مایع به حالت گاز در حال انتقال است.
توانایی PCM برای جذب و آزادسازی انرژی اخیراً به دلیل تغییر جامعه از سوخت‌های فسیلی به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر که فقط به طور متناوب در دسترس هستند، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. از آنجایی که نور خورشید در شب در دسترس نیست و باد متغیر است، نمی‌توانیم انرژی آنها را درست در زمانی که به آن نیاز داریم جذب کنیم. در عوض، ما به راه هایی برای ذخیره آن برای استفاده در آینده نیاز داریم. PCM ها به عنوان یک راه حل ذخیره سازی امیدوار کننده هستند، اما تا به امروز، استفاده از آنها به دلیل چالش های فنی به ظاهر غیرقابل حل محدود شده است.
اکنون، همانطور که در مقاله ای که به تازگی در Nature Energy منتشر شده است، یک چالش بزرگ از طریق یک ایده بسیار ساده غلبه کرده است، که دری را برای استفاده گسترده از PCM ها برای گرمایش و سرمایش با انرژی کارآمد باز می کند.
نناد میلکوویچ، که یکی از نویسندگان و همچنین دکترا است. مشاور ووشن فو، نویسنده اصلی، توضیح می‌دهد که هر سیستم ذخیره‌سازی انرژی حرارتی (TES) دو معیار مهم دارد: «یکی چگالی انرژی است، که مقدار انرژی است که می‌توانید در واحد حجم یا در واحد جرم ذخیره کنید؛ وجود دارد. چگالی توان، که نرخی است که با آن می توانید انرژی را از آن سیستم در واحد حجم یا در واحد جرم استخراج کنید.” سطوح بالای هر دو مطلوب است، اما بیشتر سیستم‌ها یا چگالی انرژی بالا اما چگالی توان کم دارند (به عنوان مثال، یک بلوک یخ)، یا چگالی توان بالا اما چگالی انرژی پایین (مثلاً یک بلوک فلزی).
“به طور کلاسیک، روشی که مردم بیش از سی، چهل سال است با این کار برخورد کرده اند، این دو را با هم ترکیب می کنند. کاری که آنها انجام می دهند این است که کامپوزیت هایی ایجاد می کنند که در آن بخشی از حجم فلز یا یک ماتریس فلزی است تا به انتقال گرما و حرارت کمک کند. به چگالی توان خوبی دست پیدا کنید.” اما معادله این است که آنها مواد ذخیره‌سازی را از دست می‌دهند و بنابراین چگالی انرژی را در این فرآیند قربانی می‌کنند.»
میلکوویچ توضیح می‌دهد: «کاری که روش ما انجام می‌دهد این است که این دو را کاملاً از هم جدا می‌کند، یعنی چگالی انرژی و چگالی توان.
بینش آنها این بود که اعمال فشار جزئی به PCM در حال ذوب می تواند مشکل را به سادگی با نگه داشتن PCM درست در کنار منبع گرمایی که آن را ذوب می کند حل کند.
پیش از این، برای دستیابی به انتقال از جامد به مایع، از یک منبع گرمای ثابت برای ذوب یک بلوک ثابت مجاور PCM استفاده می شد. همانطور که گرما سمت نزدیک PCM را ذوب کرد، آن “جنبه ذوب” PCM از منبع گرما دور شد – و فاصله فزاینده بین منبع گرما و PCM در حال انقباض تبدیل به کاهش چگالی توان و یک سیستم به طور فزاینده ناکارآمد شد.آزمایش‌هایی که در مقاله مورد بحث قرار گرفته‌اند، اثربخشی رویکرد جدید را نشان داده‌اند.
میلکوویچ می‌گوید راه‌حل جدید از این مشاهدات با فناوری پایین الهام گرفته شده است که می‌توان به جای انداختن و منتظر ماندن، کمک کرد که یک چوب کره در یک تابه داغ ذوب شود. او می گوید: “سهم اصلی ما در اینجا یک مواد شیک یا سیستم گران قیمت نیست! در واقع سادگی است.”
ویلیام کینگ، یکی از نویسندگان این مقاله می گوید: ذخیره سازی حرارتی برای مدت طولانی مورد توجه محققان بوده است، اما هنوز برای بسیاری از کاربردها استفاده نشده است. ما واقعاً به قدرت بالایی نیاز داریم تا آن را واقعاً متقاعدکننده و مفید برای برنامه های کاربردی مانند وسایل نقلیه الکتریکی، تولید برق، و مراکز داده کنیم. کار ما امکان دستیابی به ذخیره سازی حرارتی را با قدرت بالایی که قبلاً ممکن نبود، فراهم می کند.
