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Apr 21, 2024

Um novo material de mudança de fase estável com pente

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5243 (2023) Citar este artigo 1714 Acessa detalhes de métricas Para melhorar a homogeneidade de compósitos de materiais de mudança de fase (PCMs) para energia térmica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5243 (2023) Citar este artigo

1714 Acessos

Detalhes das métricas

Para melhorar a homogeneidade dos compósitos de materiais de mudança de fase (PCMs) para armazenamento de energia térmica, o trimetilolpropano (Ymer-N120) à base de poli(etilenoglicol monometílico) com cadeias etioxilas laterais longas é empregado para formar poliuretano semelhante a um pente que funcionou como materiais de apoio para PCMs. E os resultados da espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X, calorimetria diferencial de varredura, testes de ciclo térmico acelerado, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM) sugeriram um poliuretano reticulado incorporado com ácido mirístico de grau mícron (MA) cristais foram preparados durante o processo de cura térmica. O poliuretano tipo pente (YP) obtido pode fornecer materiais de suporte de estrutura 3D para derreter MA. E a cadeia etioxil do lado longo do Ymer-N120 promove o derretimento do MA formando cristais do tamanho de mícrons. Os resultados dos testes de confiabilidade térmica confirmaram as vantagens dos mesmos grupos metileno nas cadeias laterais e sugeriram que a capacidade máxima de retenção das reticulações YP é de cerca de 50% em peso dos compósitos. Com a adição de 50% em peso de MA, o YPM50 pode fornecer alto calor latente (mais de 90 J/g de YPM50) com excelente estabilidade térmica (devido à sua temperatura de decomposição inicial atingir 190 °C) sem vazamento (após 500 vezes de ciclo térmico acelerado teste). Todos os resultados indicaram que esta estrutura fornece uma solução eficaz para o vazamento de PCMs, que apresenta uma aplicação promissora em TES.

A exploração e utilização de energia tornaram-se uma questão crucial e urgente à medida que a Terra sofre a crise energética e a poluição ambiental1,2,3. A tecnologia de armazenamento de energia térmica (TES) pode resolver a incompatibilidade temporal e espacial entre a procura e a oferta de energia4, tem sido utilizada para colher a energia renovável5,6,7,8 e recolher a energia residual doméstica/industrial9,10. Materiais de mudança de fase (PCMs) podem armazenar e liberar reversivelmente a energia térmica pela fusão e cristalização de materiais cristalinos11,12, têm atraído muita atenção para sistemas TES13 nos seguintes campos: construções e edifícios13,14,15, armazenamento de energia solar16,17, 18, armazenamento de energia geotérmica4, sistema de gerenciamento térmico de bateria (BTMS)12,19 e outros sistemas de gerenciamento térmico. Devido à alta densidade de energia, temperatura insignificante e variação de volume dos PCMs durante o processo de armazenamento de energia, PCMs como álcool graxo20, polietilenoglicol21, parafina22 e ácido graxo23 têm sido amplamente utilizados em muitos campos, como edifícios inteligentes, aeroespacial, tecidos inteligentes e industriais. recuperação de resíduos de calor, etc.

Entre os PCMs, os ácidos graxos com cadeia longa e flexível têm sido exaustivamente estudados devido à sua temperatura de mudança de fase ajustável, atoxicidade e estabilidade química24,25. Porém, os ácidos graxos sofrem vazamento acima da temperatura de fusão (Tm) 26, o que pode causar falha no sistema TES, poluição de equipamentos e até mesmo risco de incêndio, além de restringir o desenvolvimento de ácidos graxos. Portanto, os ácidos graxos são sempre encapsulados por materiais de suporte porosos como nanotubos de carbono (CNT), grafeno, grafite expandida etc. para fabricar PCMs estáveis ​​​​(FSPCMs) para evitar o vazamento de ácidos graxos mesmo acima da Tm. Por exemplo, Hu28 relatou FSPCMs baseados em eutéticos de ácidos graxos, mostrando excelente capacidade de armazenamento de energia e estabilização de forma superior, empregando materiais de suporte reduzidos de óxido de grafeno/nano-feltros de carbono.

No entanto, os FSPCMs sofrem baixa estabilidade e confiabilidade devido à interação inferior da interface entre ácidos graxos e materiais de suporte, o que pode causar falha dos FSPCMs, uma vez que o esqueleto de suporte sofreu força externa e solvente químico. Empregar matriz polimérica como material de suporte é uma das maneiras mais eficientes de melhorar a estabilidade e confiabilidade de FSPCMs à base de ácidos graxos. As redes poliméricas, especialmente as redes poliméricas de reticulação, podem efetivamente restringir o vazamento de ácido graxo derretido quando a temperatura é superior à temperatura de fusão do ácido graxo . Por exemplo, Pandey30 preparou uma matriz polimérica anfifílica porosa com alta repetibilidade de transferência de fase e longa durabilidade devido à sua boa dispersibilidade em água de partículas poliméricas. No entanto, a incompatibilidade da interface entre a matriz gordurosa e polimérica ocorrerá após múltiplos processos de mudança de fase repetidamente, resultando na efusão de ácidos graxos. Portanto, é necessário e interessante fabricar FSPCMs estáveis ​​​​e confiáveis, melhorando a interação entre a matriz gordurosa e a matriz polimérica . O polímero tipo pente com cadeias alquílicas laterais foi estudado devido à interação de suas cadeias laterais longas com PCMs. Yao32 usou um material de suporte de mudança de fase estrutural semelhante a um pente (PPEGMA) para fornecer entrelaçamentos estreitos entre as longas cadeias laterais de polímero e cadeias de PCMs pela ação da força dipolo induzida.