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Apr 21, 2024

Nouveau matériau à changement de phase stable de forme avec peigne

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 5243 (2023) Citer cet article 1714 Accès aux détails des métriques Pour améliorer l'homogénéité des composites de matériaux à changement de phase (PCM) pour l'énergie thermique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5243 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

Pour améliorer l'homogénéité des composites de matériaux à changement de phase (PCM) pour le stockage d'énergie thermique, le triméthylolpropane à base de poly (éthylène glycol monométhyl éther) (Ymer-N120) avec de longues chaînes éthyoxyle latérales est utilisé pour former du polyuréthane en forme de peigne qui fonctionne comme matériel de support pour les PCM. Et les résultats de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), de la diffraction des rayons X, de la calorimétrie différentielle à balayage, des tests de cycles thermiques accélérés, de l'analyse thermogravimétrique et de la microscopie électronique à balayage par émission de champ (FESEM) suggèrent un polyuréthane réticulé incrusté d'acide myristique (MA) de qualité micrométrique. Les cristaux ont été préparés pendant le processus de durcissement thermique. Le polyuréthane en forme de peigne (YP) obtenu peut fournir des matériaux de support de structure 3D pour la fusion du MA. Et la longue chaîne éthyoxyle latérale de l’Ymer-N120 favorise la fusion des MA sous forme de cristaux de taille micronique. Les résultats des tests de fiabilité thermique ont confirmé les avantages des mêmes groupes méthylène dans les chaînes latérales et ont suggéré que la capacité de rétention maximale des réticulations YP est d'environ 50 % en poids des composites. Avec l'ajout de 50 % en poids de MA, le YPM50 peut fournir une chaleur latente élevée (plus de 90 J/g de YPM50) avec une stabilité thermique fine (en raison de sa température de décomposition initiale atteignant 190 °C) sans fuite (après 500 cycles thermiques accélérés). essai). Tous les résultats indiquent que cette structure fournit une solution efficace contre les fuites de PCM, ce qui montre une application prometteuse dans le TES.

L'exploration et l'utilisation de l'énergie sont devenues une question cruciale et urgente alors que la Terre souffre de la crise énergétique et de la pollution de l'environnement1,2,3. La technologie de stockage d'énergie thermique (TES) peut résoudre l'inadéquation temporelle et spatiale entre la demande et l'offre d'énergie4, a été utilisée pour récolter l'énergie renouvelable5,6,7,8 et collecter l'énergie des déchets domestiques/industriels9,10. Les matériaux à changement de phase (PCM) peuvent stocker et libérer de manière réversible l'énergie thermique par la fusion et la cristallisation de matériaux cristallins11,12, et ont attiré une grande attention pour les systèmes TES13 dans les domaines suivants : constructions et bâtiments13,14,15, stockage d'énergie solaire16,17, 18, stockage d’énergie géothermique4, système de gestion thermique de batterie (BTMS)12,19 et autres systèmes de gestion thermique. En raison de la densité énergétique élevée, de la variation négligeable de la température et du volume des PCM au cours du processus de stockage d'énergie, les PCM tels que l'alcool gras20, le polyéthylèneglycol21, la paraffine22 et les acides gras23 ont été largement utilisés dans de nombreux domaines tels que les bâtiments intelligents, l'aérospatiale, les vêtements intelligents et l'industrie. récupération de chaleur perdue, etc.

Parmi les PCM, les acides gras à longue chaîne flexible ont été étudiés de manière approfondie en raison de leur température de changement de phase réglable, de leur non-toxicité et de leur stabilité chimique24,25. Cependant, les acides gras subissent des fuites au-dessus de la température de fusion (Tm) 26, ce qui peut provoquer une défaillance du système TES, une pollution des équipements, voire un risque d'incendie, et a limité le développement des acides gras. Par conséquent, les acides gras sont toujours encapsulés par des matériaux de support poreux27 comme le nanotube de carbone (CNT), le graphène, le graphite expansé, etc. pour fabriquer des PCM sous forme stable (FSPCM) afin d'empêcher la fuite d'acides gras même au-dessus de la Tm. Par exemple, Hu28 a rapporté des FSPCM à base d'eutectiques à base d'acides gras, présentant une excellente capacité de stockage d'énergie et une stabilisation de forme supérieure, en utilisant des matériaux de support réduits en oxyde de graphène/nano-feutres de carbone.

Cependant, les FSPCM souffrent d'une stabilité et d'une fiabilité médiocres en raison de l'interaction d'interface inférieure des acides gras et des matériaux de support, ce qui peut provoquer une défaillance des FSPCM une fois que le squelette de support est soumis à une force externe et à un solvant chimique. L’utilisation d’une matrice polymère comme matériau de support est l’un des moyens les plus efficaces d’améliorer la stabilité et la fiabilité des FSPCM à base d’acides gras. Les réseaux de polymères, en particulier les réseaux de polymères de réticulation, peuvent limiter efficacement les fuites d'acide gras fondu lorsque la température est supérieure à la température de fusion de l'acide gras29. Par exemple, Pandey30 a préparé une matrice polymère amphiphile poreuse avec une répétabilité de transfert de phase élevée et une longue durabilité en raison de sa bonne dispersibilité dans l'eau des particules polymères. Cependant, l'incompatibilité d'interface entre la matrice grasse et polymère se produira après plusieurs processus de changement de phase répétés, entraînant un épanchement d'acides gras. Par conséquent, il est nécessaire et intéressant de fabriquer des FSPCM stables et fiables en améliorant l’interaction entre la matrice grasse et polymère . Les polymères en forme de peigne avec des chaînes alkyles latérales ont été étudiés en raison de l'interaction de leurs longues chaînes latérales avec les PCM. Yao32 a utilisé un matériau de support à changement de phase structurel (PPEGMA) en forme de peigne pour fournir des entrelacs étroits entre les longues chaînes latérales de polymères et les chaînes de PCM par l'action de la force dipolaire induite.