為了有效活用排熱,對於高密度(333 kJ/L以上)儲存80℃以下的低溫排熱的低價格儲熱材料有其需求。然而,一般儲熱密度隨著儲熱溫度的降低而減少,因此迄今為止幾乎未有相關開發。有鑑於此,日本三菱電機與東京科學大學利用以水為主要成分的感溫性高分子凝膠,開發了一項能夠以世界最高之儲熱密度562 kJ/L儲存30~60℃低溫熱能的儲熱材料,將可望有效地回收、再利用原本會被排放到大氣中的低溫排熱,有助於減少化石燃料的消耗。
研究中透過感溫性高分子凝膠依據溫度轉換為親水性與疏水性的結構相變反應,以及結合了水分子之間氫鍵反應的連鎖反應,在高分子混雜環境下,水分子的排列結構被擾亂,能量提高,進而首度實證即使是低溫熱能亦可達到高密度蓄熱。新開發的感溫性高分子凝膠未使用任何化學物質管理促進法規定的物質,由安全且低價的水(成分比例60~90%)與無毒、不燃性之感溫性高分子製成,因此易於取得且可安心使用。
在此次研究中,擁有高度分層結構聚合物合成技術的東京科學大學進行了合成原料的選擇與合成反應路線的設計,三菱電機則投入於感溫性高分子凝膠之實驗室級的合成與評估,進而以60℃以下的低蓄熱溫度達成了既有市售產品2倍以上,且為世界最高的蓄熱密度。此外,透過東京科學大學開發的合成反應控制技術,達成了感溫性高分子凝膠的均質化。另在大量合成試作方面,研究團隊也成功地進行了具有與實驗室級同等之蓄熱密度的試作品製作。新開發的儲熱材料可望促進廢棄低溫排熱的回收與再利用,進而落實省能源化、脫碳的目標。今後研究團隊將進一步投入擴大感溫性高分子凝膠之儲熱溫度範圍的研究。
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