Zakaj majhne razlike v materialih odločajo o velikih prihrankih energije?
Adobe Stock
Datum objave:
Že majhne statistične razlike v lastnostih magnetokaloričnih materialov pomembno vplivajo na učinkovitost prihodnjih okolju prijaznih magnetokaloričnih hladilnih naprav, ugotavljajo raziskovalci Fakultete za strojništvo UL. Te ugotovitve lahko prispevajo k razvoju robustnih in zanesljivih hladilnih sistemov ter toplotnih črpalk brez škodljivih hladiv.
Magnetokalorična tehnologija je tehnologija hlajenja in ogrevanja, ki izkorišča magnetokalorični efekt – lastnost nekaterih materialov, da se ob spremembi magnetnega polja segrevajo ali ohlajajo. Velja za obetavno alternativo klasičnim parno-kompresijskim hladilnim sistemom, saj za svoje delovanje ne uporablja okoljsko obremenjujočih hladiv in lahko dosega visoko energetsko učinkovitost. Kljub temu se srečuje z dvema ključnima izzivoma: ozkim delovnim temperaturnim območjem magnetokaloričnih materialov ter odvisnostjo od dragih in redkih elementov.
Ena od rešitev je uporaba večslojnih magnetokaloričnih regeneratorjev, v katerih ima vsak sloj materiala različno Curiejevo temperaturo – temperaturo, pri kateri material izgubi magnetnost. Tako se lahko doseže širši temperaturni razpon in s tem večja hladilna moč naprave. Vendar za praktično uporabo ostaja vprašanje, kako natančno morajo biti te lastnosti materiala določene, da sistem deluje zanesljivo.
Raziskovalci Laboratorija za hlajenje in daljinsko energetiko UL FS so v sodelovanju z Univerzo v Santa Catarini (Brazilija) in Dansko tehnično univerzo prvič podrobneje preučili vpliv statistične variabilnosti Curiejeve temperature na zmogljivost večslojnih magnetokaloričnih regeneratorjev.
S kombinacijo 1D-numeričnega modela in nevronskih mrež so analizirali regeneratorje iz magnetokaloričnega materiala La–Fe–Co–Si. Rezultati kažejo, da povečanje števila slojev sicer poviša hladilno moč, vendar tudi poveča občutljivost naprave na majhna odstopanja v magnetnih lastnostih materialov. Že razlike nad 1 kelvin v predvideni Curiejevi temperaturi lahko povzročijo opazno zmanjšanje načrtovane zmogljivosti naprave.
»Za uspešen preboj magnetokaloričnega hlajenja v prakso bo ključna visoka natančnost izdelave magnetokaloričnih materialov,« izpostavlja doc. dr. Urban Tomc, prvi avtor raziskave.
Raziskava predstavlja pomemben napredek pri načrtovanju zanesljivih in komercialno dostopnih magnetokaloričnih hladilnih naprav ter toplotnih črpalk, ki lahko v prihodnosti prispevajo k prehodu v brezogljično družbo. Objavljena je v članku Influence of Layering and Curie Temperature Uncertainty on the Performance of Magnetocaloric Regenerators v prestižni reviji Advanced Functional Materials.
Povezava do članka: Advanced Functional Materials
