Isıyı İstenildiği Zaman Salabilen Yeni Bir Termal ”Batarya” Sistemi Geliştirildi

Dünya’nın birçok bölgesinde, insanlar gün içerisinde güneşin ısısından faydalanabiliyor. Ancak, yemek pişirme ya da ısınma için genellikle Güneş’in gökyüzünde olmadığı saatlerde odun, kömür, elektrik ..
Görsel Telif: Massachusetts Institute of Technology

Dünya’nın birçok bölgesinde, insanlar gün içerisinde güneşin ısısından faydalanabiliyor. Ancak, yemek pişirme ya da ısınma için genellikle Güneş’in gökyüzünde olmadığı saatlerde odun, kömür, elektrik ya da doğal gaz gibi yakıtlar kullanılıyor. Bu durumun oldukça maliyetli olduğu da aşikar.

Şimdi ise, MIT’den bilim insanları tarafından geliştirilen yeni bir kimyasal bileşik ile alternatif bir yol sunuluyor. Bu kimyasal bileşik Güneş’ten ya da herhangi bir ısı kaynağından alınan ısıyı bir çeşit termal batarya olarak depolayıp, ihtiyaç duyulduğu zaman salınmasını sağlayabiliyor. Dolayısıyla, termal bataryaya gün içerisinde depolanan ısının, yemek pişirme ya da ısınma gibi ihtiyaçlarda kullanılabilmesi mümkün.

Termal depolamadaki yaygın yaklaşımda, alınan ısının malzemeyi erittiği ve hal değişimi ile enerjinin depolandığı hal değişim malzemeleri (PCM) kullanılır. PCM erime noktasının altına soğutulduğunda, katıya dönüşür ve depoladığı enerjinin ısı olarak salınması sağlanır. Düşük sıcaklıktaki uygulamalar için kullanılan mumlar ile yağ asitlerinden, yüksek sıcaklıktaki uygulamalar için kullanılan erimiş tuzlara kadar, bu malzemelerin birçok örneğine rastlamak mümkündür. Fakat, halihazırdaki PCM’ler, ciddi miktarda yalıtım gerektirir ve hal değişim sıcaklığını kontrolsüz olarak, depoladığı enerjiyi görece hızlı bir şekilde kaybederek geçer.

Nature Communications’da yayımlanan makalede detaylandırılan yeni yöntemde ise, ışığa tepki olarak şekil değiştiren moleküler şalterler kullanılıyor. Bu sistem PCM içerisine entegre edildiği zaman, hibrit malzemenin hal değişim sıcaklığı ışık ile ayarlanabiliyor ve orijinal malzemenin erime noktasının altındaki sıcaklıklarda bile hal değişiminin termal enerjisi korunabiliyor.

Termal enerjideki en büyük zorluk, depolanan malzemenin üzerinde muhafaza edilmesidir. Dolayısıyla, geleneksel hal değişim malzemelerinin üzerine eklemeler yapılması, verimliliğin artırılması açısından bir gereklilik arz ediyor. MIT’den bilim insanlarının gerçekleştirdiği çalışmada da, ışığa maruz kaldığında yapısal değişikliğe uğrayan küçük moleküller kullanıldı. Buradaki en önemli nokta ise bu küçük moleküllerin ihtiyaç halinde ısının salınmasını sağlayacak geleneksel PCM malzemelerine entegre edilmesiydi.

Araştırmacılar, yağ asitleri ile ışık huzmesine tepki veren bir organik bileşiği kombine ederek bu entegrasyonu gerçekleştirdiler. Bu düzenleme sayesinde ışığa hassas bileşen, ısıyı depolayıp salacak diğer bileşenin termal özelliklerini değiştirebildi. Melez malzeme ısıtıldığında eriyor ve ultraviyole ışığa maruz bırakıldıktan sonra geri soğutulsa sonra erimiş halde kalıyor. Daha sonra, başka bir ışık darbesi ile tetiklendiğinde, malzeme katılaşıyor ve termal hal değiştirme enerjisini geri veriyor.

Yani, ışığa tepki veren bir molekülün sistem içerisine entegrasyonu ile aslında termal özelliklere bir açma-kapama düğmesi eklenmiş oluyor. Bu da, eritme, katılaştırma ve aşırı soğutma gibi süreçlere bir kontrol mekanizmasının dahil edilmesi anlamına geliyor. Üstelik geliştirilen bu yeni hibrit sistemin bütün ısı kaynakları ile kullanılması da mümkün. Özellikle sanayi süreçleri sırasında ortaya çıkan atık ısının miktarı göz önüne alınınca, bu hibrit malzemenin geniş bir kullanım alanı olabileceğini söyleyebiliriz.

Yapılan laboratuvar çalışmaları, ısının saklandığı süre açısından da umut vadediyor. Küçük ölçekli laboratuvar deneyleri, optik tetikleyici devreye girene kadar ısının en az 10 saat boyunca stabil olarak depolanabildiğini gösteriyor.

İlk kavram kanıtlama sisteminde, bu termal depolama malzemesi için elde edilen sıcaklık değişimi veya aşırı soğutmada 10 Santigrat dereceye kadar ulaşılabildi. Bu malzemenin enerji yoğunluk değerleri de oldukça kayda değer. Araştırmacıların geleneksel hal değişim malzemesi kullanmasına rağmen, malzemede gram başına 200 Joule enerji depolanabildi.

Araştırmacıların bu çalışması, kavram kanıtlama üzerine kurulmuştu. Ancak, ışıkla aktif edilen malzemelerin termal depolama özelliklerini kontrol altına almada gösterdiği potansiyel, yemek pişirmeden sanayi süreçlerine kadar birçok alanda bu malzemelerin kullanılabileceğinin bir kanıtı niteliği taşıyor.


Kaynaklar ve İleri Okuma:

  • Grace G. D. Han, Huashan Li, Jeffrey C. Grossman. Optically-controlled long-term storage and release of thermal energy in phase-change materials. Nature Communications, 2017; 8 (1) DOI: 10.1038/s41467-017-01608-y
  • A new way to store thermal energy, MIT News, Retrieved from http://news.mit.edu/2017/new-way-store-thermal-energy-1117

Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv