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Apr 21, 2024

빗을 이용한 새로운 형태의 안정적인 상변화 소재

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5243(2023) 이 기사 인용 1714 측정항목 세부 정보에 액세스 열 에너지용 상변화 물질(PCM) 복합재의 균질성을 개선합니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5243(2023) 이 기사 인용

1714 액세스

측정항목 세부정보

열에너지 저장을 위한 상변화 물질(PCM) 복합재의 균질성을 향상시키기 위해 긴 측면 에톡실 사슬을 가진 폴리(에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르) 기반 트리메틸올프로판(Ymer-N120)을 사용하여 빗살 모양의 폴리우레탄을 형성합니다. PCM 지원 자료. 그리고 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR), X선 회절, 시차 주사 열량계, 가속 열 사이클링 테스트, 열중량 분석 및 전계 방출 주사 전자 현미경(FESEM) 결과는 미크론 등급 미리스트산(MA)이 포함된 가교 폴리우레탄을 제안했습니다. 열경화 과정에서 결정이 제조되었습니다. 획득된 빗살형 폴리우레탄(YP)은 MA 용융을 위한 3차원 구조 지지재를 제공할 수 있습니다. 그리고 Ymer-N120의 긴 쪽 에톡실 사슬은 용융 MA가 미크론 크기 결정을 형성하도록 촉진합니다. 열 신뢰성 테스트 결과는 측쇄에 있는 동일한 메틸렌 그룹의 장점을 확인했으며 YP 가교결합의 최대 유지 능력은 복합재의 약 50wt%임을 시사했습니다. MA를 50wt% 첨가하면 YPM50은 높은 잠열(YPM50의 90J/g 이상)을 우수한 열 안정성(초기 분해 온도가 190°C에 도달하므로) 누출 없이(500회 가속 열 순환 이후) 공급할 수 있습니다. 테스트). 모든 결과는 이 구조가 TES에서 유망한 응용을 보여주는 PCM 누출에 대한 효과적인 솔루션을 제공한다는 것을 나타냅니다.

지구가 에너지 위기와 환경오염을 겪고 있는 상황에서 에너지의 탐색과 활용은 중요하고 시급한 문제가 되었습니다1,2,3. 열에너지 저장(TES) 기술은 에너지 수요와 공급 간의 시공간적 불일치를 해결할 수 있으며4, 재생 에너지5,6,7,8을 수확하고 가정/산업 폐기물 에너지9,10를 수집하는 데 사용됩니다. 상변화 물질(PCM)은 결정질 물질11,12의 용융 및 결정화를 통해 열 에너지를 가역적으로 저장 및 방출할 수 있으며 건축 및 건물13,14,15, 태양 에너지 저장16,17 등의 분야에서 TES13 시스템에 대한 광범위한 관심을 끌었습니다. 18, 지열 에너지 저장4, 배터리 열 관리 시스템(BTMS)12,19 및 기타 열 관리 시스템 시스템. 에너지 저장 과정에서 PCM의 높은 에너지 밀도, 무시할 수 있는 온도 및 부피 변화로 인해 지방 알코올20, 폴리에틸렌 글리콜21, 파라핀22 및 지방산23과 같은 PCM은 스마트 빌딩, 항공 우주, 스마트 의류 및 산업과 같은 많은 분야에서 광범위하게 사용되었습니다. 열폐기물 회수 등

PCM 중에서 긴 유연한 사슬을 가진 지방산은 조정 가능한 상 변화 온도, 무독성 및 화학적 안정성으로 인해 철저히 연구되었습니다24,25. 그러나 지방산은 용융온도(Tm) 26 이상에서 누출이 발생하여 TES 시스템 고장, 장비 오염, 심지어 화재 위험을 초래할 수 있으며 지방산 개발을 제한해 왔습니다. 따라서 지방산은 항상 탄소 나노튜브(CNT), 그래핀, 팽창 흑연 등과 같은 다공성 지지 물질27로 캡슐화되어 Tm 이상에서도 지방산의 누출을 방지하기 위해 안정적인 PCM(FSPCM) 형태로 제조됩니다. 예를 들어, Hu28은 환원그래핀옥사이드/탄소나노펠트 지지체를 사용하여 우수한 에너지 저장 능력과 우수한 형태 안정성을 나타내는 지방산 공융 기반 FSPCM을 보고했습니다.

그러나 FSPCM은 지방산과 지지 물질의 열악한 인터페이스 상호 작용으로 인해 안정성과 신뢰성이 떨어지며, 이로 인해 지지 골격이 외력과 화학 용매를 겪게 되면 FSPCM이 실패할 수 있습니다. 폴리머 매트릭스를 지지 물질로 사용하는 것은 지방산 기반 FSPCM의 안정성과 신뢰성을 향상시키는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다. 폴리머 네트워크, 특히 가교 폴리머 네트워크는 온도가 지방산의 용융 온도보다 높을 때 용융된 지방산의 누출을 효과적으로 제한할 수 있습니다. 예를 들어, Pandey30은 고분자 입자의 우수한 수분산성으로 인해 높은 상전이 반복성과 긴 내구성을 갖는 다공성 양친매성 고분자 매트릭스를 제조했습니다. 그러나 여러 번의 반복적인 상 변화 과정 후에 지방과 중합체 매트릭스 사이의 계면 비호환성이 발생하여 지방산이 유출됩니다. 따라서 지방과 폴리머 매트릭스 사이의 상호 작용을 향상시켜 안정적이고 신뢰할 수 있는 FSPCM을 제작하는 것이 필요하고 흥미롭습니다. 측쇄가 있는 빗 모양의 중합체는 긴 측쇄가 PCM과 상호작용하기 때문에 연구되어 왔습니다. Yao32는 유도된 쌍극자 힘의 작용으로 폴리머와 PCM 사슬의 측면 긴 사슬 사이에 단단히 얽혀 있는 빗 모양의 구조적 상 변화 지지 물질(PPEGMA)을 사용했습니다.