Des scientifiques japonais ont découvert une substance commune qui peut stocker et libérer de manière réversible et rapide des quantités relativement importantes de chaleur de faible qualité sans se décomposer. La recherche pourrait conduire à une réutilisation plus efficace de la chaleur résiduelle industrielle. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications et étaient une collaboration entre des scientifiques de l'Institut de recherche sur les matériaux de l'Université de Tohoku et Rigaku Corporation, une société qui conçoit et fabrique des outils de mesure et d'analyse thermique basés sur les rayons X.

Dans leurs recherches, les chercheurs ont utilisé un minéral d'oxyde de manganèse en couches contenant des ions potassium et de l'eau cristalline. Ce minéral est assez similaire dans sa composition à la birnessite, que l'on trouve couramment à la surface de la Terre. L'équipe a fabriqué leur composé sous la forme d'une poudre noire insoluble, puis a examiné sa structure cristalline à l'aide d'un diffractomètre à rayons X et d'un microscope électronique à transmission. Ils ont ensuite examiné comment la structure du composé changeait lorsqu'il était chauffé ou refroidi, et combien et à quelle vitesse l'énergie thermique était stockée et libérée.

Chauffer le matériau jusqu'à 200︎ degrés Celsius le déshydrate en donnant à ses molécules d'eau stockées l'énergie dont elles ont besoin pour être libérées dans l'atmosphère environnante. Lorsque le matériau déshydraté a ensuite été refroidi en dessous de 120︎C dans un récipient sec, puis exposé à de l'air humide, il a absorbé des molécules d'eau et libéré sa chaleur stockée.

"Ce mécanisme d'intercalation, où les molécules d'eau sont insérées de manière réversible dans un matériau en couches, est très avantageux pour le stockage de la chaleur", explique Tetsu Ichitsubo, spécialiste des matériaux à l'Université de Tohoku. "Il est très rapide, réversible et la structure du matériau est bien conservée. De plus, l'oxygène dans l'atmosphère ne dégrade pas le cristal d'oxyde de manganèse en couches et l'eau ne le dissout pas. Cela en fait un excellent candidat pour la réutilisation de la chaleur perdue dans milieux industriels."

Ce dioxyde de manganèse en couches de type birnessite avec un composé d'eau cristalline a démontré de meilleures performances globales par rapport à d'autres composés actuellement recherchés à des fins de stockage de chaleur. "Notre matériau a une longue durée de vie, peut stocker et libérer de manière réversible de grandes quantités de chaleur par unité de volume, et se charge et se décharge rapidement", explique Ichitsubo. + Explorer plus loin

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