Illustration d’un matériau à base d’oxyde de manganèse libérant la chaleur accumulée lorsqu’il est exposé à l’eau présente dans l’air.

Des chercheurs japonais ont montré qu’un matériau courant est excellent pour stocker et libérer la chaleur, ce qui pourrait le rendre utile pour recycler la chaleur résiduelle industrielle. Le matériau échange de l’eau avec l’air, ce qui lui permet d’absorber ou de libérer rapidement de la chaleur.

Le matériau en question est un minéral d’oxyde de manganèse stratifié, qui contient des ions de potassium et de l’eau cristalline. Il s’agit donc d’un type de birnessite, un minéral naturel commun qui semble prometteur pour le stockage de l’énergie et comme catalyseur pour l’hydrolyse.

Dans le cadre de la nouvelle étude, des chercheurs de l’université de Tohoku et de la Rigaku Corporation ont découvert que le matériau fonctionne également bien pour le stockage de la chaleur. L’équipe a fabriqué le matériau sous forme de poudre noire, puis a utilisé des rayons X et la microscopie électronique à transmission pour étudier sa structure cristalline pendant que le matériau était chauffé et refroidi.

Les chercheurs ont découvert que le matériau était excellent pour stocker et libérer la chaleur, grâce à un mécanisme connu sous le nom d’intercalation de l’eau. Essentiellement, lorsque le matériau est exposé à une chaleur suffisante, les molécules d’eau stockées à l’intérieur gagnent de l’énergie et sont libérées dans l’air environnant. Ce matériau désormais déshydraté stocke effectivement cette énergie thermique jusqu’à ce qu’il soit réhydraté avec de l’air humide, auquel cas il absorbe les molécules d’eau et libère à nouveau la chaleur.

Ce mécanisme d' »intercalation », dans lequel les molécules d’eau sont insérées de manière réversible dans un matériau stratifié, est très avantageux pour le stockage de la chaleur », a déclaré Tetsu Ichitsubo, auteur correspondant de l’étude. « Il est très rapide, réversible et la structure du matériau est bien maintenue. De plus, l’oxygène présent dans l’atmosphère ne dégrade pas le cristal d’oxyde de manganèse stratifié et l’eau ne le dissout pas. Cela en fait un excellent candidat pour la réutilisation de la chaleur résiduelle dans les milieux industriels. »

Dans ce cas, le matériau a été chauffé à 200 °C pour déclencher la déshydratation, puis refroidi à 120 °C pour libérer la chaleur stockée lors de l’exposition à l’air humide. La densité énergétique du matériau est supérieure à 1 000 MJ par m3, sa durée de vie est longue et il peut être chargé et déchargé en quelques minutes.

Selon les chercheurs, ce matériau pourrait être utile pour capter et réutiliser l’énergie perdue sous forme de chaleur résiduelle lors de processus industriels.

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28988-0

http://www.tohoku.ac.jp/en/press/material_that_could_save_industries_heat.html