Comprendre les matériaux à changement de phase pour le stockage d’énergie thermique


Comprendre les matériaux à changement de phase pour le stockage d'énergie thermique

Un aperçu de divers de stockage d’énergie et des propriétés clés qui nécessitent une prédiction et un contrôle pour des performances optimales dans une gamme d’applications. Crédit photo : Ravi Prasher

Alors que le monde cherche des moyens pratiques de décarboniser nos activités et d’atténuer le climatique associé, les approches des énergies alternatives sont entravées par la nature intermittente des sources d’énergie telles que le soleil et le vent. Une solution possible pour augmenter la fiabilité et introduire de telles sources d’énergie renouvelables est d’améliorer les capacités de stockage d’énergie.

dans le Journal de appliquée, des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory, du Georgia Institute of Technology et de l’Université de Californie à Berkeley, décrivent les progrès réalisés dans la compréhension de la physique de base des matériaux à changement de phase utilisés pour le stockage d’énergie.

Les matériaux à changement de phase absorbent l’énergie thermique lorsqu’ils fondent et conservent cette énergie jusqu’à ce que le matériau se solidifie à nouveau. Une meilleure compréhension de la physique de l’état liquide de ce type de stockage de chaleur peut aider à accélérer le développement technologique pour le secteur de l’énergie.

« Modéliser la physique des et des solides est plus facile que celle des liquides », explique le co-auteur Ravi Prasher. « Les gaz se déplacent librement et les solides ne font que vibrer, mais les liquides se comportent plus comme un solide lorsqu’ils sont fondus et plus comme une vapeur lorsqu’ils sont chauffés. »

Ce comportement rend difficile la modélisation et la prévision du comportement du système de stockage lors du changement de phase critique pour son fonctionnement.

Pour tirer le meilleur parti des phénomènes de changement de phase dans les matériaux pour le stockage de la chaleur, les paramètres des matériaux, y compris le mouvement moléculaire et l’entropie, doivent être décrits mathématiquement afin que le comportement et les limites théoriques puissent être prédits. Les chercheurs décrivent un pas dans la direction de ce pouvoir prédictif en discutant de la littérature précédente et des nouveaux développements dans le domaine de la physique de l’état liquide.

« La quantité d’énergie stockée pendant le changement de phase dépend de l’entropie de la fusion », a déclaré Prasher. « Une fois que vous saurez prédire le changement d’entropie, vous saurez comment concevoir des matériaux qui répondent à vos besoins spécifiques. »

Le développement de matériaux de stockage d’énergie thermique à haute performance est important car l’énergie thermique domine la consommation d’énergie dans les bâtiments et dans la production. Le système de stockage thermique est également plus sûr que de nombreux autres systèmes de stockage d’énergie, car il n’est pas capable de libérer rapidement et de manière destructive l’énergie stockée en cas de panne.

Enfin, le stockage de chaleur promet de fonctionner à grande échelle et sur de longues périodes de temps, et des matériaux individualisés et/ou nouveaux peuvent être fabriqués pour répondre à des exigences spécifiques. Des modèles plus sophistiqués sont nécessaires pour soutenir davantage la capacité de cribler et de fabriquer des matériaux pour des applications de stockage d’énergie thermique optimales.


Le stockage de l’énergie thermique pourrait jouer un rôle important dans la décarbonisation des bâtiments


Plus d’information:
Drew Lilley et al., Phase Change Materials for Thermal Energy Storage: A Perspective on Linking Phonon Physics to Performance, Journal de physique appliquée (2021). DOI : 10.1063 / 5.0069342

Fourni par l’Institut américain de physique

Devis: Understanding Phase Change Materials for Thermal Energy Storage (2021, 15 décembre), consulté le 19 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-phase-materials-thermal-energy-storage.html

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