نظرًا لأن العالم يبحث عن طرق عملية لإزالة الكربون من أنشطتنا والتخفيف من تغير المناخ المرتبط به، فإن نُهج الطاقة البديلة تعوقها الطبيعة المتقطعة لمصادر الطاقة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، أحد الحلول الممكنة للمساعدة في تعزيز اعتماد مصادر الطاقة المتجددة هذه هو تحسين قدرات تخزين الطاقة.
في مجلة الفيزياء التطبيقية ، يصف باحثون من مختبر لورانس بيركلي الوطني ، معهد جورجيا للتكنولوجيا ، وجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، التطورات في فهم الفيزياء الأساسية لمواد تغيير الطور المستخدمة لتخزين الطاقة.
تمتص مواد تغيير الطور الطاقة الحرارية أثناء ذوبانها، وتحتفظ بهذه الطاقة حتى تصلب المادة مرة أخرى، قد يساعد الفهم الأفضل لفيزياء الحالة السائلة لهذا النوع من التخزين الحراري في تسريع تطوير التكنولوجيا لقطاع الطاقة.
قال المؤلف المشارك رافي براشر: “نمذجة فيزياء الغازات والمواد الصلبة أسهل من السوائل”، “الغازات تتحرك بحرية ، والمواد الصلبة تهتز فقط ، لكن السوائل تتصرف مثل مادة صلبة عند الذوبان وأكثر شبهاً بالبخار أثناء تسخينها.”
هذا السلوك يجعل من الصعب نمذجة سلوك نظام التخزين والتنبؤ به أثناء تغيير المرحلة الحرج لوظيفته.
للاستفادة بشكل أفضل من ظواهر تغيير الطور للمواد للتخزين الحراري، يجب وصف معلمات المواد، بما في ذلك الحركة الجزيئية والنتروبيا، رياضيًا ، بحيث يمكن التنبؤ بالسلوك والحدود النظرية.
يصف الباحثون خطوة نحو هذه القوة التنبؤية من خلال مناقشة الأدبيات السابقة والتطورات الجديدة في مجال فيزياء الحالة السائلة.
قال براشر: “كمية الطاقة التي يتم تخزينها أثناء تغيير الطور تعتمد على إنتروبيا الذوبان”، “بمجرد أن تعرف كيفية التنبؤ بتغيير الانتروبيا ، ستعرف كيفية تصميم المواد التي تلبي احتياجات معينة.”
يعد تطوير مواد تخزين الطاقة الحرارية عالية الأداء أمرًا مهمًا، حيث تهيمن الطاقة الحرارية على استخدام الطاقة في المباني والتصنيع.
يعد التخزين الحراري أيضًا أكثر أمانًا من العديد من أشكال تخزين الطاقة الأخرى، نظرًا لأنه لا يمتلك القدرة على إطلاق الطاقة المخزنة بسرعة وبشكل مدمر في حالة حدوث عطل.
أخيرًا ، يبشر التخزين الحراري بالعمل على نطاقات كبيرة وعلى فترات طويلة، ويمكن تصنيع مواد فردية و / أو جديدة لتناسب الاحتياجات المحددة. هناك حاجة إلى نماذج أكثر تعقيدًا للمساعدة بشكل أكبر في القدرة على غربلة وإنشاء مواد لتطبيقات تخزين الطاقة الحرارية المثلى .
