Manganoxidmateriale kan hurtigt lagre og frigive lavgradig varme uden at nedbrydes

Forskere i Japan har fundet et almindeligt stof, der reversibelt og hurtigt kan lagre og frigive relativt store mængder lavkvalitets varme uden at nedbrydes. Forskningen kan føre til mere effektiv genbrug af industriel spildvarme. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications og var et samarbejde mellem forskere ved Tohoku University's Institute for Materials Research og Rigaku Corporation, et firma, der designer og fremstiller røntgenbaserede måle- og termiske analyseværktøjer.

I deres undersøgelser brugte forskerne et lagdelt manganoxidmineral indeholdende kaliumioner og krystalvand. Dette mineral minder i sin sammensætning ret meget om birnessit, som almindeligvis findes på jordens overflade. Holdet fremstillede deres forbindelse i form af et uopløseligt sort pulver og undersøgte derefter dets krystalstruktur ved hjælp af et røntgendiffraktometer og et transmissionselektronmikroskop. De undersøgte derefter, hvordan forbindelsens struktur ændrede sig, når den blev opvarmet eller afkølet, og hvor meget og hvor hurtigt varmeenergi blev lagret og frigivet.

Opvarmning af materialet op til 200︎ grader Celsius dehydrerede det ved at give dets oplagrede vandmolekyler den energi, de behøver for at blive frigivet til den omgivende atmosfære. Når det dehydrerede materiale derefter blev afkølet til under 120︎C i en tør beholder og derefter udsat for fugtig luft, absorberede det vandmolekyler og frigav sin lagrede varme.

"Denne interkalationsmekanisme, hvor vandmolekyler reversibelt indsættes i et lagdelt materiale, er meget fordelagtig til varmelagring," siger materialeforsker ved Tohoku University, Tetsu Ichitsubo. "Det er meget hurtigt, reversibelt, og materialets struktur er velholdt. Desuden nedbryder ilt i atmosfæren ikke det lagdelte manganoxidkrystal, og vand opløser det ikke. Dette gør det til en fremragende kandidat til genbrug af spildvarme i industrielle indstillinger."

Denne birnessit-type lagdelte mangandioxid med krystalvandsforbindelse demonstrerede bedre all-round ydeevne sammenlignet med andre forbindelser, der i øjeblikket forskes i til varmelagringsformål. "Vores materiale har en lang levetid, kan reversibelt lagre og frigive store mængder varme pr. volumenenhed og oplades og aflades hurtigt," siger Ichitsubo. + Udforsk yderligere

Arsen hjælper med at gøre sort fosfor stabil for energieffektivitet