用压力驯服热量

中国的一个研究团队开发了一种新概念，可以通过控制压力从低温废热源中提取热能并按需再利用。

热能生产占全球最终能源消费的50%以上，余热潜力分析表明，全球72%的一次能源消费在转化后损失掉，主要以热能的形式流失。它还对全球 30% 以上的温室气体排放负有责任。

在此背景下，以中科院金属研究所李兵研究员为首的研究人员提出并实现了一个新概念——基于独特的逆气压热效应的气压热电池。

该研究发表在《科学进展》杂志上。

反气压热效应的特征在于压力引起的吸热反应，这与加压导致放热反应的正常气压效应形成鲜明对比。“气压热电池循环包括三个步骤，包括加压时的热充电、压力存储和减压时的热放电，”该研究的通讯作者李教授说。

气压热电池在硫氰酸铵(NH 4 SCN)中实现。放电表现为 43 J g -1的热量或约 15 K 的温度升高。释放的热量是机械能输入的 11 倍。

为了解独特的逆气压热效应的物理起源，工作材料 NH 4 SCN 已使用同步加速器 X 射线和中子散射技术得到很好的表征。它在 363 K 时经历了从单斜晶相到斜方晶相的晶体结构相变，伴随着约 5% 的体积负热膨胀和约 128 J kg -1 K -1的熵变。

这种转变很容易被低至 40 MPa 的压力驱动，并且它是第一个熵变大于 100 J kg -1 K -1的逆气压系统。与压力相关的中子散射和分子动力学模拟表明，压力会增强 SCN¯ 阴离子的横向振动，然后削弱形成长程有序的氢键。

结果，系统响应外部压力而变得无序，因此材料从环境中吸收热量。

气压热电池作为一种新兴的热能操纵解决方案，有望在低温工业余热收集与再利用、固态制冷传热系统、智能电网、住宅热管理等多种应用中发挥积极作用.

该研究得到了中国科学院、中国科学技术部和中国国家自然科学基金委员会的支持。