从冬天取暖到洗衣服，热量对于日常生活至关重要。但随着世界努力应对气候变化，建筑物不断增加的能源消耗是一个关键问题。目前，热量是通过燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料产生的，但随着世界转向清洁能源，这种情况将需要改变。

乔治亚理工学院乔治·W·伍德拉夫机械工程学院(ME)的研究人员正在开发不依赖化石燃料的更高效的供暖系统。他们证明，将两种常见的盐结合在一起可以帮助将清洁能源储存为热量;这可以用于建筑物供暖或与热泵集成用于建筑物制冷。

研究人员在《能源存储杂志》上发表的题为“利用改进的水化动力学和循环稳定性的盐混合物进行热化学储能”的文章中介绍了他们的研究成果。

反应还原

储热的基本原理很简单，可以通过多种方法实现。他们的方法以基本的可逆化学反应为基础：正向反应吸收热量然后储存起来，而逆向反应释放热量，使建筑物能够利用它。

机械工程助理教授AkankshaMenon自开始攻读博士学位以来一直对热能存储感兴趣。当她来到佐治亚理工学院并创办水能研究实验室(WERL)时，她不仅参与了存储技术和材料的开发，还研究了如何将它们整合到建筑物中。她认为，了解基本的材料挑战可以转化为创造更好的存储。

她说：“我意识到，从科学层面上讲，我们对这些热化学材料在正向反应和逆向反应中如何发挥作用还有很多不了解的地方。”

优质盐

Menon研究的反应使用盐。每个盐分子的结构中都可以容纳一定数量的水分子。为了引发化学反应，研究人员用热量使盐脱水，这样盐就会以气体的形式排出水蒸气。为了逆转反应，他们用水将盐水合，迫使盐结构膨胀以容纳这些水分子。

这听起来像是一个简单的过程，但随着这种膨胀/收缩过程的发生，盐会受到更大的压力，并最终导致机械故障，就像锂离子电池只有一定数量的充电和放电循环一样。

“你可以从一种漂亮的球形颗粒开始，但在经过几次脱水-水合循环之后，它就会分解成微小的颗粒并完全粉碎，或者过度水合并聚集成块，”梅农解释说。

这些变化并不一定是灾难性的，但它们确实使得盐无法长期储存热量，因为储存容量会随着时间的推移而降低。

Menon和她的学生、机械工程博士生ErikBarbosa开始将以不同方式与水反应的盐混合在一起。在两年内测试了六种盐之后，他们发现了两种可以很好地互补的盐。氯化镁通常会因为吸收过多的水而失败，而氯化锶的水合速度非常慢。它们各自的局限性结合在一起可以相互受益，从而提高储热效果。

“我们并没有计划混合盐;这只是我们尝试的实验之一，”梅农说。“然后我们看到了这种互动行为，并花了整整一年的时间试图理解为什么会发生这种情况，以及我们是否可以将其推广用于热能存储。”

未来的能源储存

Menon的研究才刚刚开始。她的下一步是开发能够容纳这些盐的结构以用于储热，这也是EnergyEarthshots项目的重点。

还计划进行系统级演示，其中一种解决方案是在填充床反应器中用盐填充一个鼓。然后热空气将流过盐，使其脱水，并像电池一样有效地为鼓充电。为了释放储存的能量，潮湿的空气将吹过盐以使晶体重新水化。

随后释放的热量可以代替化石燃料用于建筑物。虽然启动反应需要电力，但电力可以来自非高峰时段(过剩的可再生电力)，储存的热能可以在高峰时段使用。这是实验室正在进行的另一个项目的重点。

最终，这项技术可能带来气候友好的能源解决方案。此外，与锂电池等许多替代品不同，盐是一种广泛可用且具有成本效益的材料，这意味着它可以迅速实施。以盐为基础的热能储存有助于减少碳排放，这是应对气候变化的重要战略。