Представлены микрокапсулы с фазовым переходом для хранения солнечной энергии
16:47, Октябрь 26, 2022
Не новость, что зависимость общества от невозобновляемых ископаемых видов топлива привела к продолжающемуся глобальному энергетическому и климатическому кризису. Выбросы от угля, природного газа и топлива на нефтяной основе вносят основной вклад в загрязнение воздуха и, в свою очередь, в глобальное потепление. В попытке общества перейти к устойчивой, углеродно-нейтральной энергетической экономике солнечная энергия имеет большие перспективы. Обильная и экологически чистая солнечная энергия при эффективном использовании может уменьшить нашу зависимость от традиционных источников энергии. В связи с этим материалы с фазовым переходом (PCM), вещества, которые выделяют/поглощают достаточно энергии при фазовом переходе (в виде скрытой теплоты) для обеспечения полезного нагрева/охлаждения, являются популярными кандидатами в качестве устройств для хранения солнечной энергии . Исследования показали, что система охлаждения на основе ПКМ, работающая от солнечных батарей, может снизить температуру окружающей среды на 30 градусов Цельсия. К сожалению, практические PCM страдают от утечек и коррозии. Кроме того, они плохо передают тепло из-за низкой теплопроводности . Хотя эту проблему можно решить с помощью металлических ПКМ, это делает ПКМ более дорогими и громоздкими. Как показали исследования, одним из способов решения этих проблем является инкапсулирование ПКМ в микрокапсулы с наполнителями с высокой проводимостью, такими как наночастицы. Это может защитить их от разрушительного воздействия света, тепла, влаги и кислорода, а также улучшить их свойства теплопередачи. Кроме того, многие исследователи прибегают для этой цели к неметаллическим наночастицам с низкой плотностью и высокой теплопроводностью, что позволяет избежать проблем, связанных с металлическими наночастицами. В ходе недавнего прорыва исследователи из Китая и США синтезировали микрокапсулы PMC, демонстрирующие беспрецедентные фототермические преобразования и теплопередачу, используя н-октадекан (ODE) в качестве ядра PCM и сшитый полистирол (CLPS), легированный наночастицами карбида кремния (SiC), в качестве внешнего слоя . оболочка . «Материалы микрокапсул с фазовым переходом были в центре нашего исследования. В предыдущем исследовании мы обнаружили, что одиночная органическая оболочка имеет дефекты теплопроводности и стабильности, в то время как одиночная неорганическая оболочка неудовлетворительна по компактности и покрытию. Поэтому мы начали сосредоточиться на легировании органических оболочек неорганическими наночастицами для получения органо-неорганических гибридных оболочек», — объясняет профессор Цзифен Ван из Шанхайского политехнического университета, Китай, один из авторов исследования, которое было опубликовано онлайн 29 сентября 2022 года в журнале Energy Storage . и Сохранение. В своей работе команда подготовила серию из четырех микрокапсул, используя метод, называемый «полимеризация в суспензии». Затем они охарактеризовали микрокапсулы с помощью сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Результаты показали, что микрокапсулы были сферическими, а частицы нано-SiC были встроены в оболочки CLPS, что способствовало эффективности теплопередачи и фототермического преобразования микрокапсул. Затем команда проверила тепловые свойства микрокапсул и обнаружила, что они показали превосходную фототермическую конверсию и теплопроводность по сравнению с нелегированными образцами. Среди четырех типов легированных микрокапсул наилучшие характеристики продемонстрировал вариант с 1,25 мас.% легирования нано-SiC с эффективностью фототермического преобразования 54,9%, что на 146% выше, чем у нелегированного аналога. С такими обнадеживающими результатами новые оболочки микрокапсул PCM могут стать прочной основой для дальнейших исследований энергетических материалов с превосходной эффективностью хранения и преобразования солнечной энергии. Исследование также открывает новые возможности для практического применения многофункциональных микрокапсул с фазовым переходом. «Эти микрокапсулы могут иметь важное потенциальное применение в качестве материалов для хранения энергии в устройствах солнечной энергии, интеллектуальном оборудовании для теплоизоляции и энергосберегающих зданиях», — говорит профессор Ван....
