Udvikling af magnetiske kølematerialer, der muliggør effektiv brint-likvefaktion

National Institute for Materials Science (NIMS), Tohoku University og Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) har udviklet en række Er(Ho)Co₂ -baserede magnetiske kølelegeringer, der kan bruges til effektivt at afkøle brint fra 77 K til 20 K:dets flydende temperatur. Disse legeringer udviser fremragende cyklisk holdbarhed og kan bruges til at udvikle et højtydende magnetisk kølesystem, der er i stand til billig brint-likvefaktion - en nøgleteknologi til at opnå udbredt brug af det grønne brændstof.

Brintbrændstof forventes at spille en vigtig rolle i at fremme et CO2-neutralt samfund. Brintgas har stor volumen, og dens fortætning har store fordele med hensyn til sikkerhed og pladsbesparelse til opbevaring og transport. Udbredt brug af brint vil kræve udvikling af nye teknologier, der muliggør produktion af flydende brint til væsentligt lavere omkostninger. Magnetisk køleteknologi udnytter ændringer i magnetisk entropi i et magnetisk materiale som reaktion på cyklisk påføring og fjernelse af et eksternt magnetfelt. Fjernelse af magnetfeltet får de magnetiske momenter af atomer i materialet til at ændre sig fra justerede orienteringer til tilfældige orienteringer. Dette får igen materialet til at absorbere varme fra en kølemiddelgas, der omgiver det, indirekte afkøling og flydende brint. I teorien kan magnetisk køleteknologi være 25% til mere end 50% mere energieffektiv end den konventionelle dampkompressionskøleteknologi. Derudover kan størrelsen af ​​det nødvendige udstyr være meget mindre, da det ikke kræver en stor kompressor - en stor energiforbruger - hvilket potentielt kan reducere produktionsomkostningerne for flydende brint betydeligt. Intet eksisterende magnetisk materiale var imidlertid i stand til effektivt at afkøle brint over et bredt temperaturområde fra 77 K (nitrogen-likvefaktionstemperatur) til 20 K (hydrogen-likvefaktionstemperatur) og modstå forringelsen forårsaget af akkumuleret indre stress som følge af eksponering for skiftende magnetfelter og temperaturer.

Er(Ho)Co₂ -baserede magnetiske forbindelser havde været kendt for at være effektive til at køle brint fra 77 K til 20 K. Imidlertid var deres køleevne ikke reversibel på grund af deres dårlige cykliske ydeevne. Disse problemer er overvundet i dette arbejde. Denne forskergruppe opdagede, at ved at tilføje spormængder af 3d-overgangsmetalelementer gør forbindelserne modstandsdygtige over for forringelse forårsaget af gentagen magnetfeltpåføring og temperaturudsving. Ved at justere typerne og mængderne af disse additiver var gruppen i stand til at udvikle en række magnetiske materialer, der kan bruges i kombination til at afkøle brint fra 77 K til 20 K uden at kompromittere deres høje køleevner på tværs af dette temperaturområde. + Udforsk yderligere

Et 'temmelig simpelt' gennembrud gør adgangen til lagret brint mere effektiv