Forskare i Japan har hittat ett vanligt ämne som reversibelt och snabbt kan lagra och avge relativt stora mängder låggradig värme utan att sönderfalla. Forskningen kan leda till effektivare återanvändning av industriell spillvärme. Resultaten publicerades i tidskriften Nature Communications och var ett samarbete mellan forskare vid Tohoku Universitys Institute for Materials Research och Rigaku Corporation, ett företag som designar och tillverkar röntgenbaserade mät- och termiska analysverktyg.

I sina undersökningar använde forskarna ett skiktat manganoxidmineral som innehåller kaliumjoner och kristallvatten. Detta mineral är ganska likt i sin sammansättning birnessit, som vanligtvis finns på jordens yta. Teamet tillverkade sin förening i form av ett olösligt svart pulver och undersökte sedan dess kristallstruktur med hjälp av en röntgendiffraktometer och ett transmissionselektronmikroskop. De undersökte sedan hur föreningens struktur förändrades när den värmdes eller kyldes, och hur mycket och hur snabbt värmeenergi lagrades och frigjordes.

Genom att värma materialet upp till 200︎ grader Celsius torkade det ut genom att ge dess lagrade vattenmolekyler den energi de behöver för att släppas ut i den omgivande atmosfären. När det uttorkade materialet sedan kyldes under 120︎C i en torr behållare och sedan exponerades för fuktig luft, absorberade det vattenmolekyler och frigjorde sin lagrade värme.

"Denna interkalationsmekanism, där vattenmolekyler reversibelt sätts in i ett skiktat material, är mycket fördelaktigt för värmelagring", säger materialforskaren Tetsu Ichitsubo vid Tohoku University. "Det är mycket snabbt, reversibelt och materialets struktur bibehålls väl. Dessutom bryter syre i atmosfären inte ned den skiktade manganoxidkristallen och vatten löser den inte upp. Detta gör den till en utmärkt kandidat för återanvändning av spillvärme i industriella miljöer."

Denna skiktade mangandioxid av birnessit-typ med kristallvattenförening visade bättre allround-prestanda jämfört med andra föreningar som för närvarande undersöks för värmelagringsändamål. "Vårt material har lång livslängd, kan reversibelt lagra och avge stora mängder värme per volymenhet och laddas och urladdas snabbt", säger Ichitsubo. + Utforska vidare

Arsenik hjälper till att göra svart fosfor stabil för energieffektivitet