Perspektive in energetske aplikacije magnetokaloričnih, piromagnetnih, elektrokaloričnih in piroelektričnih materialov

Raziskovalci iz Laboratorija za hlajenje in daljinsko energetiko (LAHDE) so v sodelovanju z Univerzo v Sevilli in Univerzo v Cambridgeu objavili članek v reviji Advanced Energy Materials (IF=27.6), kjer so predstavili perspektivo o uporabi magnetokaloričnih, piromagnetnih, elektrokaloričnih in piroelektričnih materialov za pretvorbo energije.

Navezujoče tehnologije kot alternativa obstoječim imajo velik potencial v izboljšavi energetske učinkovitosti in rabe okolju prijaznih materialov in tekočin, in sicer tako za področje kriogenike, hlajenja, toplotnih črpalk, kot tudi ulčinkovite pretvorbe nizkotemperaturne odpadne toplote v koristno delo. 

V prvem delu članka so opisani glavni izzivi, s katerimi se soočajo ti materiali in njihove aplikacije, v drugem delu pa so predlagane konkretne rešitve, še posebej na področju izboljšanja prenosa toplote med temi materiali in delovnim medijem v napravah. Med temi so avtorji prvič predstavili nov koncept delovanja, za katerega ima LAHDE pridobljen Ameriški in Kitajski patent. Le ta omogoča bistveno povečanje gostote moči ne samo kaloričnih naprav, temveč tudi naprav, ki sodijo med tehnologije termoakustike in mehanskega Strilingovega principa. Članek v zaključkih obravnava in odpira popolnoma neraziskana področja, ki segajo od ultra-visoko temperaturnih toplotnih črpalk do aplikacij izven našega planeta.

Članek je odprtega dostopa in je dostopen na povezavi: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202401739

Abstrakt:

This perspective provides an overview of the state of research and innovation in the areas of magnetocaloric and pyromagnetic materials, and electrocaloric and pyroelectric materials, including the overlapping sub-areas of multicaloric and multipyro materials that can operate simultaneously under the application of magnetic and electric fields. These materials are critically examined for their potential to revolutionize cooling, heating, and energy-harvesting applications. This perspective first summarizes the state-of-the-art advancements and highlights recent significant developments. Then, it is identified and discussed that the prevailing challenges hindering the widespread adoption of technologies based on these materials. In this context, after consulting with members of the caloric and pyro communities, a technology roadmap is outlined to guide research efforts in overcoming current barriers to applications, with the goal of achieving impactful results by 2040. This roadmap emphasizes the importance of focusing on under-researched materials, novel devices, and application spaces, paving the way for interdisciplinary efforts that can lead to significant reductions in carbon dioxide emissions.