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Apr 21, 2024

櫛状の新しい形態安定相変化材料

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5243 (2023) この記事を引用 1714 アクセス メトリクスの詳細 熱エネルギー用の相変化材料 (PCM) 複合材料の均質性を向上させる

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5243 (2023) この記事を引用

1714 アクセス

メトリクスの詳細

熱エネルギー貯蔵用の相変化材料 (PCM) 複合材料の均質性を向上させるために、側部にエチオキシル鎖が長いポリ (エチレングリコール モノメチル エーテル) ベースのトリメチロール プロパン (Ymer-N120) が使用され、次のように機能する櫛状ポリウレタンが形成されます。 PCM のサポート資料。 また、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、X 線回折、示差走査熱量測定、加速熱サイクル試験、熱重量分析、および電界放射型走査型電子顕微鏡 (FESEM) の結果から、ミクロングレードのミリスチン酸 (MA) が埋め込まれた架橋ポリウレタンが示唆されました。結晶は熱硬化プロセス中に生成されました。 得られた櫛状ポリウレタン（YP）は、溶融MAの三次元構造支持材として利用できます。 そして、Ymer-N120の長い側のエチオキシル鎖は、MAの融解を促進し、ミクロンサイズの結晶を形成します。 熱信頼性試験の結果は、側鎖に同じメチレン基があることの利点を確認し、YP 架橋の最大保持能力は複合材料の約 50 wt% であることを示唆しました。 MA を 50 wt% 添加すると、YPM50 は高い潜熱 (YPM50 の 90 J/g 以上) を供給でき、優れた熱安定性 (初期分解温度が 190 °C に達するため) を漏れなく供給できます (500 回の加速熱サイクル後)。テスト中）。 すべての結果は、この構造が PCM の漏洩に対する効果的な解決策を提供することを示しており、TES における有望な用途を示しています。

地球がエネルギー危機と環境汚染に苦しむ中、エネルギーの探査と利用は極めて重要かつ緊急の課題となっている1、2、3。 熱エネルギー貯蔵（TES）技術は、エネルギー需要と供給の間の時間的および空間的不一致を解決でき4、再生可能エネルギーを収穫し5、6、7、8、家庭/産業廃棄物エネルギーを収集する9、10ために使用されています。 相変化材料 (PCM) は、結晶材料の溶融と結晶化によって熱エネルギーを可逆的に貯蔵および放出することができ 11,12、以下の分野で TES13 システムとして広範な注目を集めています:建設および建物 13,14,15、太陽エネルギー貯蔵 16,17、 18、地熱エネルギー貯蔵4、バッテリー熱管理システム（BTMS）12、19、およびその他の熱管理システム システム。 エネルギー密度が高く、エネルギー貯蔵プロセス中の PCM の温度と体積の変化が無視できるため、脂肪族アルコール 20、ポリエチレングリコール 21、パラフィン 22、脂肪酸 23 などの PCM は、スマートビルディング、航空宇宙、スマートクロス、産業などの多くの分野で広く使用されています。廃熱回収など

PCM の中でも、長く柔軟な鎖を持つ脂肪酸は、相変化温度が調整可能で、毒性がなく、化学的安定性があるため、徹底的に研究されてきました 24,25。 しかし、脂肪酸は融解温度 (Tm) 26 を超えると漏れが発生し、TES システムの故障、機器汚染、さらには火災の危険を引き起こす可能性があり、脂肪酸の開発が制限されてきました。 したがって、脂肪酸は常にカーボンナノチューブ（CNT）、グラフェン、膨張黒鉛などの多孔質支持材27によってカプセル化され、安定したPCM（FSPCM）として製造され、Tmを超えても脂肪酸の漏出を防ぎます。 例えば、Hu28 は、還元酸化グラフェン/カーボンナノフェルト支持材料を使用することにより、優れたエネルギー貯蔵能力と優れた形状安定性を示す、脂肪酸共晶ベースの FSPCM を報告しました。

しかし、FSPCM は脂肪酸と支持材料の界面相互作用が劣るため、安定性と信頼性が低く、支持骨格が外力や化学溶剤を受けると FSPCM が故障する可能性があります。 支持材料としてポリマーマトリックスを使用することは、脂肪酸ベースの FSPCM の安定性と信頼性を向上させる最も効率的な方法の 1 つです。 ポリマーネットワーク、特に架橋ポリマーネットワークは、温度が脂肪酸の融解温度よりも高い場合に、融解した脂肪酸の漏出を効果的に制限することができる29。 例えば、Pandey30 は、ポリマー粒子の水分散性が良好であるため、高い相転移再現性と長い耐久性を備えた多孔質両親媒性ポリマーマトリックスを調製しました。 しかし、相変化プロセスを複数回繰り返すと、脂肪族マトリックスとポリマーマトリックス間の界面不適合が発生し、脂肪酸の浸出が起こります。 したがって、脂肪族マトリックスとポリマーマトリックス間の相互作用を強化することにより、安定で信頼性の高い FSPCM を製造することが必要であり、興味深いものです 25,31。 側鎖アルキル鎖を持つ櫛状ポリマーは、その長い側鎖と PCM との相互作用のために研究されてきました。 Yao32 は、櫛状の構造相変化支持材料 (PPEGMA) を使用して、誘起双極子力の作用によりポリマー鎖と PCM 鎖の側長鎖間に緊密に絡み合いを与えました。