Los edulcorantes mejoran el almacenamiento de energía térmica

Newswise – A medida que buscamos un uso más eficiente de la energía térmica desperdiciada, el uso de «materiales de cambio de fase (PCM)» es una buena opción. Los PCM tienen una gran capacidad de calor latente y la capacidad de almacenar y liberar calor a medida que cambian de un estado material a otro. Entre muchos PCM, los alcoholes de azúcar (SA), una clase de compuestos orgánicos comúnmente utilizados como edulcorantes, se destacan por su naturaleza de bajo costo, no tóxica, no corrosiva y biodegradable. En particular, los SA generalmente tienen un punto de fusión entre 100 y 200 °C, un rango de temperatura importante en el que existe una gran cantidad de calor residual pero que actualmente se elimina en nuestro mundo.

Sin embargo, los SA suelen sufrir el problema de sobreenfriamiento, donde permanecen en estado líquido, en lugar de solidificarse, incluso a temperaturas muy por debajo del punto de fusión. El sobreenfriamiento conduce al deterioro de la calidad (o “exergía«) de energía térmica almacenada porque la energía térmica a baja temperatura es menos útil. (Nota: la energía térmica a temperatura ambiente es absolutamente inútil, sin importar cuánta cantidad esté presente).

Ahora, en un nuevo estudio, investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), dirigidos por el profesor Yoichi Murakami, han descubierto que confinar los SA en cristales de estructura orgánica covalente (COF) resuelve eficazmente el problema del sobreenfriamiento. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Horizontes materialestiene el potencial de revolucionar los SA como materiales de almacenamiento de calor.

El Dr. Murakami, profesor del Laboratorio de Energía Libre de Carbono de la Universidad Tecnológica de Tokio, explica: “Proponemos un nuevo concepto de material mediante el cual la energía térmica almacenada se puede recuperar a una temperatura mucho más alta que antes, aliviando en gran medida una larga problema permanente”. La duración está relacionada con el sobreenfriamiento que conduce a la degradación de la energía térmica almacenada. Hemos creado una nueva clase de PCM de estado sólido basados ​​en SA abundantes, no tóxicos y de bajo costo.

Normalmente, D-manitol puro (hombre), uno de los SA, tiene un punto de fusión de 167°C, pero generalmente se solidifica a temperaturas aleatorias de aproximadamente 80-120°C, un sobreenfriamiento significativo de aproximadamente 47-87°C. Para resolver este problema, los investigadores presentaron hombre En los cristales COF-300, es uno de los tipos más comunes de COF. Descubrieron que durante el derretimiento hombre El atrapamiento se produjo en el COF a aproximadamente 150-155 °C y el hielo se congeló. hombre El confinamiento en COF se produjo con frecuencia en el rango de temperatura ligeramente más bajo de 130 a 145 °C. Por lo tanto, el sobreenfriamiento se suprimió a sólo 10-20°C, que es mucho más bajo que el sobreenfriamiento anterior, que era de aproximadamente 47-87°C.

“Estos resultados indican que los ciclos de congelación por fusión hombre«El COF se produce dentro de un estrecho rango de temperatura de 130-155 °C sin sobreenfriamiento significativo o aleatorio», dice el profesor Murakami, destacando el efecto descubierto de la captura de COF.

Según quien Artículo publicadoLos trabajos anteriores se limitaron a SA en materiales porosos inorgánicos sólidos como sílice nanoporosa y alúmina para formar PCM en estado sólido, pero no lograron resolver el problema de sobreenfriamiento de los SA. Los COF no sólo son materiales porosos flexibles, sino que también contienen poros mucho más pequeños (del orden de un nanómetro) que los encontrados en nanomateriales inorgánicos anteriores. Se espera que el presente estudio allane el camino para una nueva clase de materiales de almacenamiento de calor de estado sólido basados ​​en SA ecológicos y de bajo costo para el almacenamiento eficiente de energía térmica.