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Apr 21, 2024

Un nuovo materiale a cambiamento di fase stabile nella forma con pettine

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 5243 (2023) Cita questo articolo 1714 Accessi Dettagli metriche Per migliorare l'omogeneità dei materiali compositi a cambiamento di fase (PCM) per l'energia termica

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Per migliorare l'omogeneità dei compositi dei materiali a cambiamento di fase (PCM) per l'accumulo di energia termica, il trimetilolpropano (Ymer-N120) a base di poli(etilenglicole monometiletere) con catene etiossiliche sui lati lunghi viene impiegato per formare poliuretano a pettine che funzionava come materiali di supporto per i PCM. E i risultati della spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), della diffrazione di raggi X, della calorimetria a scansione differenziale, dei test accelerati di cicli termici, dell'analisi termogravimetrica e della microscopia elettronica a scansione a emissione di campo (FESEM) hanno suggerito un poliuretano reticolato incorporato con acido miristico (MA) di grado micron. cristalli è stato preparato durante il processo di polimerizzazione termica. Il poliuretano a pettine (YP) ottenuto può fornire materiali di supporto per la struttura 3D per la fusione dell'MA. E la catena etiossilica sul lato lungo di Ymer-N120 promuove la fusione di MA formando cristalli di dimensioni micron. I risultati dei test di affidabilità termica hanno confermato i vantaggi degli stessi gruppi metilenici nelle catene laterali e hanno suggerito che la capacità di tenuta massima dei legami incrociati YP è di circa il 50% in peso dei compositi. Con l'aggiunta del 50% in peso di MA, YPM50 può fornire un elevato calore latente (oltre 90 J/g di YPM50) con ottima stabilità termica (grazie alla sua temperatura di decomposizione iniziale che raggiunge i 190 °C) senza perdite (dopo 500 volte di ciclo termico accelerato test). Tutti i risultati hanno indicato che questa struttura fornisce una soluzione efficace per la fuoriuscita di PCM, che mostra un'applicazione promettente nei TES.

L’esplorazione e l’utilizzo dell’energia sono diventati una questione cruciale e urgente poiché la terra sta soffrendo la crisi energetica e l’inquinamento ambientale1,2,3. La tecnologia di stoccaggio dell’energia termica (TES) può risolvere il disallineamento temporale e spaziale tra domanda e offerta di energia4, è stata impiegata per raccogliere l’energia rinnovabile5,6,7,8 e raccogliere l’energia di scarto domestica/industriale9,10. I materiali a cambiamento di fase (PCM) possono immagazzinare e rilasciare in modo reversibile l'energia termica mediante la fusione e la cristallizzazione di materiali cristallini11,12, hanno attirato ampia attenzione per i sistemi TES13 nei seguenti campi: costruzioni ed edifici13,14,15, accumulo di energia solare16,17, 18, stoccaggio dell'energia geotermica4, sistema di gestione termica della batteria (BTMS)12,19 e altri sistemi di sistemi di gestione termica. A causa dell'elevata densità di energia, della temperatura trascurabile e della variazione di volume dei PCM durante il processo di accumulo dell'energia, PCM come l'alcol grasso20, il polietilenglicole21, la paraffina22 e gli acidi grassi23 sono stati ampiamente utilizzati in molti campi come edifici intelligenti, aerospaziale, tessuti intelligenti e applicazioni industriali. recupero dei residui di calore, ecc.

Tra i PCM, gli acidi grassi con catena lunga e flessibile sono stati studiati a fondo per la loro temperatura di cambiamento di fase regolabile, non tossici e stabilità chimica24,25. Tuttavia, gli acidi grassi subiscono una fuoriuscita al di sopra della temperatura di fusione (Tm) 26, che può causare il guasto del sistema TES, l'inquinamento delle apparecchiature e persino il pericolo di incendio, e ha limitato lo sviluppo di acidi grassi. Pertanto, gli acidi grassi sono sempre incapsulati da materiali di supporto porosi27 come nanotubi di carbonio (CNT), grafene, grafite espansa ecc. per fabbricare PCM stabili in forma (FSPCM) per impedire la fuoriuscita di acidi grassi anche al di sopra della Tm. Ad esempio, Hu28 ha segnalato FSPCM basati su acidi grassi eutettici, che mostrano un'eccellente capacità di accumulo di energia e una stabilizzazione della forma superiore, impiegando materiali di supporto a nanofeltri ridotti di ossido di grafene/carbonio.

Tuttavia, gli FSPCM soffrono di scarsa stabilità e affidabilità a causa della minore interazione dell'interfaccia tra acidi grassi e materiali di supporto, che può causare il fallimento degli FSPCM una volta che lo scheletro di supporto è stato sottoposto a forza esterna e solvente chimico. L'utilizzo della matrice polimerica come materiale di supporto è uno dei modi più efficienti per migliorare la stabilità e l'affidabilità degli FSPCM a base di acidi grassi. Le reti polimeriche, in particolare le reti polimeriche reticolanti, possono limitare efficacemente la fuoriuscita di acido grasso fuso quando la temperatura è superiore alla temperatura di fusione dell'acido grasso29. Ad esempio, Pandey30 ha preparato una matrice polimerica anfifila porosa con elevata ripetibilità del trasferimento di fase e lunga durata grazie alla buona disperdibilità in acqua delle particelle polimeriche. Tuttavia, l'incompatibilità dell'interfaccia tra la matrice grassa e quella polimerica si verificherà dopo molteplici processi di cambiamento di fase ripetuti, con conseguente fuoriuscita di acidi grassi. Pertanto, è necessario e interessante fabbricare FSPCM stabili e affidabili migliorando l'interazione tra matrice grassa e polimerica25,31. Il polimero a pettine con catene alchiliche laterali è stato studiato a causa dell'interazione delle loro lunghe catene laterali con i PCM. Yao32 ha utilizzato un materiale di supporto strutturale a cambiamento di fase (PPEGMA) a forma di pettine per fornire stretti intrecci tra le lunghe catene laterali di polimeri e le catene di PCM mediante l'azione della forza dipolare indotta.