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          日本多家研究機構聯合開發氫氣液化所需的磁冷卻合金

          發布日期:2022-04-26??來源:航空工業信息網我要投稿我要評論

          【據日本國立材料研究所網站2022年4月22日報道】日本國立材料科學研究所(NIMS)、日本東北大學和日本同步輻射研究所(JASRI)開發了一系列基于Er(Ho)Co2的磁冷卻合金,可將氫氣從77 K(-196℃)有效冷卻至20 K(-253℃,液化溫度)。磁冷卻合金具有優異的循環耐久性,可用于開發低成本液化氫的高性能磁制冷系統,這是實現綠色燃料廣泛使用的關鍵技術。

          氫燃料有望在促進碳中和社會中發揮重要作用。氫氣的液化在安全和節省儲運空間方面具有重要意義。氫的廣泛使用需要開發低成本生產液態氫的新技術。

          磁制冷技術是通過施加和去除外部磁場,使磁性材料中磁熵發生變化來冷卻氫氣。去除磁場會導致材料中原子的磁矩從對齊方向變為隨機方向,材料從周圍的制冷劑氣體中吸收熱量,從而間接冷卻和液化氫氣。

          因為磁制冷技術不需要大型壓縮機,所以理論上它可以比傳統的蒸汽壓縮制冷技術節能25%到50%,同時設備尺寸也減小很多。

          然而,現有的磁性材料不能在從 77 K(-196℃,氮氣液化溫度)到 20 K(-253℃,氫氣液化溫度)的寬廣溫度范圍內有效地冷卻氫氣,并且也不能承受因暴露于變化的磁場和累積的內應力而導致的劣化。基于Er(Ho)Co2的磁性化合物可有效地將氫氣從77 K冷卻至20 K。但由于循環性能差,冷卻能力不可逆。這些問題在這項工作中得到了解決。

          研究團隊發現,通過添加微量的3D過渡金屬元素,使化合物能夠抵抗因反復施加磁場和溫度波動而引起的劣化。通過調整這些添加劑的類型和數量,研究團隊能夠開發出一系列磁性材料,這些材料可以組合使用,將氫氣從 77 K 冷卻到 20 K,而不會影響其在該溫度范圍內的高冷卻能力。heavy fuel engine

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