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从热水吸收热能的长期储热陶瓷

北极星储能网  来源:教育新闻网    2020/7/14 9:54:28  我要投稿  

北极星储能网讯:在热电厂和核电厂中,大约有70%的热能以废热的形式损失掉,温度低于水的沸点。在最近的《科学进展》报告中,中村喜孝和日本化学,材料与技术研究团队开发了一种长期储热材料,可以吸收38摄氏度(311 K)至67摄氏度的温暖温度下的热能。 C(340 K)。他们使用钪取代组成的独特系列材料λ-三钛戊醇(λ-Sc合金X的Ti3-Xø5)。构造物从热水中积累热能,并在施加压力时释放出积累的热能。这种新材料具有积累核能和火力发电厂产生的热水的热能的潜力,然后根据外部压力按需回收存储的热能。该材料还适用于回收工厂和汽车中的废热。

形成能的第一性原理计算和晶体结构的确定

该小组采用的金属取代的λ-三钛戊醇(λ-MX的Ti3ø5在实验期间)实现可吸收低温热储存材料的废热并表现出光致和压力诱导相变。科学家们先前报道了几种类型的金属取代的λ-Ti系3ö5.在这项工作中,Nakamura等人。调查54层的元件在λ-Ti系适合于钛离子的金属置换的金属阳离子3ö5。其中只有六种具有稳定作用,包括scan,铌,钽,锆,ha和钨。然后,小组报道对SC-取代的λ-Ti系的晶体结构和热储存性能的合成3ø5在λ相。

为了合成Sc-取代的化合物,Nakamura等人。在氩气氛中使用电弧熔化技术。在此过程中,他们将Sc 2 O 3,TiO 2和Ti粉末的前驱体混合在一起,制成了8毫米的球形小球。然后,使用X射线荧光(XRF)测量,他们确定了样品的分子式(Sc 0.9 Ti 2.91 O 5),并进行了同步加速器X射线衍射(SXRD)以确定晶体结构。结果对应于λ-Ti系的晶体结构3 ö 5后金属置换用0.4%的扩张。使用扫描透射电子显微镜(STEM)图像使研究小组在化合物中获得了条纹状结构域。

压力引起的相变,储热特性和长期储热机理

该小组接下来在用液压机压缩样品后,使用SXRD(同步辐射X射线衍射)测量了压力引起的相变。当压力增加时,样品的λ相分数降低,而β相分数以可逆过程增加。他们使用差示扫描量热法(DSC)测量了压力诱导的相变(λ相到β相)后样品的吸热质量。他们注意到材料的热吸收在67摄氏度处有一个吸收峰,并观察到重复的压力和热诱导的相变。在从β相转变为λ相的过程中,储热温度从先前记录的温度显着降低 在目前的工作中,温度范围为197摄氏度至67摄氏度。

上以前的报告λ-Ti系3 ö 5 也记可逆相变通过压力和热的λ相和β相之间,以在两两相之间的能量势垒,其从材料内的弹性相互作用起源。为了了解在这种设置下长期储热和低压诱导的热能释放的机理,Nakamura等人。计算了系统的吉布斯自由能。为此,他们使用了基于Slichter和Drickamer的热力学模型(SD模式)。在相变过程中,由于两相之间的能垒阻止了λ相立即转移到β相,因此科学家可以延长λ相的时间。在工作中制得的所得Sc 0.9 Ti 2.91 O 5具有良好的稳定性,从X射线衍射测量可以很好地保持约八个月至一年。

概念证明

科学家们调查了储热系统利用SC-取代的λ-Ti系3 ö 5通过泵送冷却水从河流或海中的动力设备中的涡轮在实际设置。如通过涡轮机传递的水,其温度增加,由于热交换,热水的能量传送到钪取代λ-Ti系3层 ø 5在罐中使用的材料。同时,具有减少的热能的水返回到河流或海洋。存储在SC-取代的λ-Ti系能源3 ø 5可以以热能的形式通过施加压力被释放的能量使用上的需求。中村等。预想供给所存储的热能量不使用电力的,靠近发电厂的建筑物或工厂。

以这种方式,中村孝和同事证明基于钪取代λ-Ti系蓄热陶瓷3 ø 5,其吸收的热量从水。基于第一性原理计算,它们合成钪取代λ-Ti系3个 ö 5陶瓷具有低于100℃的热吸收材料中回收的热吸收的热能从发电厂的涡轮机冷却水,并且可以通过改变可以容易地控制Ti 3 O 5中相对于目标应用的Sc含量。除了它的功能在发电厂,使用用于热存储功能的材料提出了科学家通过收集废物热 来自常规设备,例如手机,运输工具,工厂和电子设备。


原标题:从热水吸收热能的长期储热陶瓷

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