Исследователи в Японии показали, что обычный распространенный материал отлично сохраняет и выделяет тепло, что может сделать его полезным для переработки отходящего отработанного тепла промышленных предприятий. Материал обменивается водой с воздухом, что позволяет ему быстро поглощать или отдавать тепло.
Рассматриваемый материал представляет собой слоистый минерал оксида марганца, который содержит ионы калия и кристаллизационную воду. Это делает его типом бирнессита, распространенного природного минерала, который демонстрирует многообещающие свойства в области накопления энергии и в качестве катализатора гидролиза.
В новом исследовании, исследователи из Университета Тохоку и корпорации Rigaku обнаружили, что этот материал также хорошо работает для сохранения тепла. Команда сделала материал в виде черного порошка, а затем использовала рентгеновские лучи и просвечивающую электронную микроскопию для изучения его кристаллической структуры, в то время как материал нагревался и охлаждался.
Исследователи обнаружили, что материал отлично сохраняет и выделяет тепло благодаря механизму, известному как интеркаляция воды. По сути, когда материал подвергается воздействию достаточного количества тепла, молекулы воды, хранящиеся внутри него, получают энергию и высвобождаются в окружающий воздух. Этот уже обезвоженный материал эффективно сохраняет эту тепловую энергию до тех пор, пока он не будет повторно гидратирован влажным воздухом, после чего он поглощает молекулы воды и снова выделяет тепло.
Иллюстрация материала оксида марганца, высвобождающего аккумулированное тепло при воздействии воды в воздухе. Фото: Norihiko L. Okamoto.
«Этот механизм «интеркаляции», когда молекулы воды обратимо внедряются в слоистый материал, очень выгоден для накопления тепла», — сказал Тецу Ичицубо, автор исследования. «Это очень быстро, обратимо, и структура материала хорошо сохраняется. Кроме того, кислород в атмосфере не разрушает слоистый кристалл оксида марганца, а вода не растворяет его. Это делает его отличным кандидатом для повторного использования отработанного тепла в промышленных условиях».
В данном случае, материал нагревали до 200 °C, чтобы вызвать дегидратацию, и охлаждали до 120 °C, чтобы высвободить накопленное тепло при воздействии влажного воздуха. Плотность энергии материала составляет более 1000 МДж на м3, он имеет длительный срок службы и может заряжаться и разряжаться в течение нескольких минут.
Исследователи говорят, что материал может быть полезен для улавливания и повторного использования энергии, теряемой в виде отработанного тепла во время промышленных процессов.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: Tohoku University
