在熱電廠和核電廠中，大約有70%的熱能以廢熱的形式損失掉，溫度低于水的沸點(diǎn)。在最近的《科學(xué)進(jìn)展》報(bào)告中，中村喜孝和日本化學(xué)，材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種長期儲(chǔ)熱材料，可以吸收38攝氏度(311 K)至67攝氏度的溫暖溫度下的熱能。 C(340 K)。他們使用鈧?cè)〈M成的獨(dú)特系列材料λ-三鈦戊醇(λ-Sc合金X的Ti3-Xø5)。構(gòu)造物從熱水中積累熱能，并在施加壓力時(shí)釋放出積累的熱能。這種新材料具有積累核能和火力發(fā)電廠產(chǎn)生的熱水的熱能的潛力，然后根據(jù)外部壓力按需回收存儲(chǔ)的熱能。該材料還適用于回收工廠和汽車中的廢熱。

形成能的第一性原理計(jì)算和晶體結(jié)構(gòu)的確定

該小組采用的金屬取代的λ-三鈦戊醇(λ-MX的Ti3ø5在實(shí)驗(yàn)期間)實(shí)現(xiàn)可吸收低溫?zé)醿?chǔ)存材料的廢熱并表現(xiàn)出光致和壓力誘導(dǎo)相變?？茖W(xué)家們先前報(bào)道了幾種類型的金屬取代的λ-Ti系3ö5.在這項(xiàng)工作中，Nakamura等人。調(diào)查54層的元件在λ-Ti系適合于鈦離子的金屬置換的金屬陽離子3ö5。其中只有六種具有穩(wěn)定作用，包括scan，鈮，鉭，鋯，ha和鎢。然后，小組報(bào)道對(duì)SC-取代的λ-Ti系的晶體結(jié)構(gòu)和熱儲(chǔ)存性能的合成3ø5在λ相。

為了合成Sc-取代的化合物，Nakamura等人。在氬氣氛中使用電弧熔化技術(shù)。在此過程中，他們將Sc 2 O 3，TiO 2和Ti粉末的前驅(qū)體混合在一起，制成了8毫米的球形小球。然后，使用X射線熒光(XRF)測量，他們確定了樣品的分子式(Sc 0.9 Ti 2.91 O 5)，并進(jìn)行了同步加速器X射線衍射(SXRD)以確定晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果對(duì)應(yīng)于λ-Ti系的晶體結(jié)構(gòu)3 ö 5后金屬置換用0.4%的擴(kuò)張。使用掃描透射電子顯微鏡(STEM)圖像使研究小組在化合物中獲得了條紋狀結(jié)構(gòu)域。

壓力引起的相變，儲(chǔ)熱特性和長期儲(chǔ)熱機(jī)理

該小組接下來在用液壓機(jī)壓縮樣品后，使用SXRD(同步輻射X射線衍射)測量了壓力引起的相變。當(dāng)壓力增加時(shí)，樣品的λ相分?jǐn)?shù)降低，而β相分?jǐn)?shù)以可逆過程增加。他們使用差示掃描量熱法(DSC)測量了壓力誘導(dǎo)的相變(λ相到β相)后樣品的吸熱質(zhì)量。他們注意到材料的熱吸收在67攝氏度處有一個(gè)吸收峰，并觀察到重復(fù)的壓力和熱誘導(dǎo)的相變。在從β相轉(zhuǎn)變?yōu)?lambda;相的過程中，儲(chǔ)熱溫度從先前記錄的溫度顯著降低 在目前的工作中，溫度范圍為197攝氏度至67攝氏度。

上以前的報(bào)告λ-Ti系3 ö 5 也記可逆相變通過壓力和熱的λ相和β相之間，以在兩兩相之間的能量勢壘，其從材料內(nèi)的彈性相互作用起源。為了了解在這種設(shè)置下長期儲(chǔ)熱和低壓誘導(dǎo)的熱能釋放的機(jī)理，Nakamura等人。計(jì)算了系統(tǒng)的吉布斯自由能。為此，他們使用了基于Slichter和Drickamer的熱力學(xué)模型(SD模式)。在相變過程中，由于兩相之間的能壘阻止了λ相立即轉(zhuǎn)移到β相，因此科學(xué)家可以延長λ相的時(shí)間。在工作中制得的所得Sc 0.9 Ti 2.91 O 5具有良好的穩(wěn)定性，從X射線衍射測量可以很好地保持約八個(gè)月至一年。

概念證明

科學(xué)家們調(diào)查了儲(chǔ)熱系統(tǒng)利用SC-取代的λ-Ti系3 ö 5通過泵送冷卻水從河流或海中的動(dòng)力設(shè)備中的渦輪在實(shí)際設(shè)置。如通過渦輪機(jī)傳遞的水，其溫度增加，由于熱交換，熱水的能量傳送到鈧?cè)〈?lambda;-Ti系3層 ø 5在罐中使用的材料。同時(shí)，具有減少的熱能的水返回到河流或海洋。存儲(chǔ)在SC-取代的λ-Ti系能源3 ø 5可以以熱能的形式通過施加壓力被釋放的能量使用上的需求。中村等。預(yù)想供給所存儲(chǔ)的熱能量不使用電力的，靠近發(fā)電廠的建筑物或工廠。

以這種方式，中村孝和同事證明基于鈧?cè)〈?lambda;-Ti系蓄熱陶瓷3 ø 5，其吸收的熱量從水?；诘谝恍栽碛?jì)算，它們合成鈧?cè)〈?lambda;-Ti系3個(gè) ö 5陶瓷具有低于100℃的熱吸收材料中回收的熱吸收的熱能從發(fā)電廠的渦輪機(jī)冷卻水，并且可以通過改變可以容易地控制Ti 3 O 5中相對(duì)于目標(biāo)應(yīng)用的Sc含量。除了它的功能在發(fā)電廠，使用用于熱存儲(chǔ)功能的材料提出了科學(xué)家通過收集廢物熱 來自常規(guī)設(shè)備，例如手機(jī)，運(yùn)輸工具，工廠和電子設(shè)備。