نانوشیت‌های جدید ذخیره‌سازی گرمای پرچگالی را زیر ١٠٠ درجه ممکن می‌سازند
به گزارش خبرنگار گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، تیمی از محققان برجسته از دانشگاه توهوکو و آژانس انرژی اتمی ژاپن از پیشرفتی چشمگیر در فناوری ذخیره‌سازی گرما پرده‌برداری کرده‌اند. آنها موفق به توسعه ماده‌ای جدید مبتنی بر نانوشیت‌های دی‌اکسید منگنز لایه‌ای شده‌اند که قادر است گرما را با کارایی بالا حتی در دما‌های زیر ١٠٠ درجه ذخیره کند.
این دستاورد نه تنها به نبرد جهانی علیه اتلاف انرژی یاری می‌رساند، بلکه گامی حیاتی در جهت دستیابی به جامعه‌ای بدون کربن محسوب می‌شود.
سالانه، مقادیر عظیمی از گرمای اضافی توسط کارخانه‌ها و خانه‌ها تولید می‌شود که بخش عمده‌ای از آن به هدر می‌رود. با افزایش وابستگی جهان به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، نیاز به جذب و ذخیره‌سازی موثر گرما به یک ضرورت تبدیل شده است. راه‌حل سنتی ذخیره‌سازی گرما اغلب به دما‌های بالا نیاز دارد که بهره‌برداری از گرمای با درجه حرارت پایین‌تر و در دسترس را دشوار می‌کند. اینجاست که نوآوری محققان ژاپنی وارد عمل می‌شود.
نقطه اوج این پژوهش در کشف و مهار یک مکانیزم دوگانه ذخیره‌سازی گرما نهفته است که توسط نانوشیت‌های دی اکسید منگنز امکان‌پذیر شده است. این نانوشیت‌ها با استفاده از یک مکانیزم ذخیره‌سازی گرما دو حالته عمل می‌کنند، جایی که مولکول‌های آب همزمان از جو جذب (درون‌برداری) و به سطح آن بازمی‌گردند.
این کشف بزرگ، توانایی کلی ماده برای ذخیره آب را یک و نیم برابر افزایش داده و چگالی ذخیره انرژی آن را تقریباً ٣٠درصد در مقایسه با دی‌اکسید منگنز حجیم بهبود بخشیده است. نتیجه این امر، عملکرد کارآمد نانوشیت‌ها در دما‌های به مراتب پایین‌تر است.
مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده و کاربرد‌های آینده
تیم تحقیقاتی همچنین یک مدل هندسی دقیق ساختند که قادر است تعداد جایگاه‌های جذب آب را بر اساس ضخامت نانوشیت پیش‌بینی کند. تحلیل این مدل نشان داد که آب درون‌لایه‌ای ویژگی‌های شبیه به جامد از خود نشان می‌دهد، در حالی که آب جذب‌شده سطحی بیشتر شبیه به یک مایع رفتار می‌کند.
این کنترل دقیق امکان مکانیزم دوگانه ذخیره‌سازی گرما را فراهم می‌آورد. هرچه نانوشیت‌ها نازک‌تر شوند، برهم‌کنش‌های سطحی با مولکول‌های آب افزایش می‌یابد که به صورت حالت‌های شبیه مایع یا شبیه یخ، بسته به شرایط ساختاری، ظاهر می‌شود. این اصلاح ساختاری، عملکرد ذخیره‌سازی گرما را به ویژه در دما‌های زیر ١٠٠ درجه به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد و مسیری برای استفاده کارآمد از انرژی حرارتی با درجه پایین ارائه می‌دهد.
این یافته‌ها یک اصل طراحی قوی برای تنظیم عملکرد ذخیره‌سازی گرما بر اساس ساختار‌های نانومقیاس ارائه می‌دهد و تأثیر مثبتی بر توسعه آینده راه‌حل‌های مدیریت حرارتی خواهد داشت. این دستاورد نه تنها نویدبخش بهبود کارایی انرژی در صنایع و خانه‌هاست، بلکه می‌تواند به توسعه فناوری‌هایی کمک کند که محیط زیست پاک‌تر و آینده‌ای پایدارتر را برای همگان به ارمغان آورند.