被稱為沸石的微小顆粒可以儲存夏天的熱量,在冬天溫暖家,但這種材料令人印象深刻的化學儲存能力因導電性差而受阻。
現在,德國德累斯頓弗勞恩霍夫研究所的一組研究人員表示,他們只需一步就將沸石的熱導率提高了一倍,他們的目標是進一步幫助減少加熱和冷卻的能源消耗。在德國,弗勞恩霍夫研究公告稱,最終能源消耗的 55% 用于加熱和冷卻——但大量熱量散失,因為它不是按需要產生的。安裝在屋頂的太陽能集熱器可用于加熱水,但需要大量的水,并且盡管絕緣良好,但熱量會隨著時間的推移而流失。
相比之下,熱化學儲存可以儲存夏天產生的熱能,直到冬天。與水不同,沸石不直接儲存熱量——相反,熱量會帶走儲存在材料中的水。在其充滿活力的狀態下,沸石是完全干燥的,但當水蒸氣通過時,它們會釋放熱量。因為熱能是通過化學方式儲存的,所以在長期儲存過程中不會流失。
然而,導熱性差使得難以將熱量從熱交換器傳遞到材料并再次傳遞回來。弗勞恩霍夫有機電子、電子束和等離子體技術 FEP 研究所的團隊通過 ZeoMet 項目解決了這個問題。
“我們用鋁包覆了沸石顆粒,”項目經理 Heidrun Klostermann 博士說。“在第一次嘗試后,這使熱導率增加了一倍,而不會對水的吸附和解吸產生負面影響。我們目前的目標是通過調整涂層將其增加五到十倍。”
研究公告稱,這構成了“相當大的挑戰”。對于一升直徑為5mm的顆粒,大約10,000個必須均勻地涂上鋁。對于 1mm 的粒度,這相當于 1m 顆粒,總表面積為 3.6m?2。
“顆粒越小,這個過程就越具有挑戰性,”公告說。然而,較小的晶粒會增加蓄熱系統的比功率密度。為了獲得足夠的導熱性,涂層必須有幾十微米厚——對于真空涂層工藝,這比正常情況要厚得多。
為了應對這些挑戰,研究人員研究了熱蒸發,其中鋁線在真空中連續供應到加熱的陶瓷板上。然后鋁蒸發,并沉積在顆粒上。顆粒必須在桶中連續循環,以便均勻覆蓋。??研究人員說,沸石還可以為家庭使用提供冷卻,與太陽能收集器一起使用或用于移動應用。例如,在商用車輛中,動力系統的熱量損失可作為熱化學循環的一部分用于空調。
該團隊現在希望加強與來自研究和工業的材料開發人員和系統工程師的聯系,以開發靈活加熱和冷卻的解決方案。