Technologia kompozytowego magazynowania ciepła ze zmianą fazypozwala uniknąć wielu wad technik magazynowania ciepła jawnego i magazynowania ciepła ze zmianą fazową, łącząc obie metody. Technologia ta stała się w ostatnich latach gorącym punktem badawczym, zarówno w kraju, jak i za granicą. Jednak tradycyjne materiały na rusztowania stosowane w tej technologii to zazwyczaj naturalne minerały lub ich produkty wtórne. Wydobywanie lub przetwarzanie tych materiałów na dużą skalę może zaszkodzić lokalnemu ekosystemowi i pochłonąć znaczne ilości energii kopalnej. Aby złagodzić ten wpływ na środowisko, odpady stałe można wykorzystać do produkcji kompozytowych materiałów do magazynowania ciepła ze zmianą fazową.
Żużel karbidowy, stały odpad przemysłowy powstający podczas produkcji acetylenu i polichlorku winylu, przekracza w Chinach 50 milionów ton rocznie. Obecne zastosowanie żużla węglikowego w przemyśle cementowym osiągnęło nasycenie, co prowadzi do gromadzenia się go na otwartej przestrzeni na dużą skalę, składowania i zatapiania w oceanach, co poważnie szkodzi lokalnemu ekosystemowi. Istnieje pilna potrzeba zbadania nowych metod wykorzystania zasobów.
Aby rozwiązać problem zużycia na dużą skalę przemysłowego żużla węglikowego i przygotować niskoemisyjne, tanie kompozytowe materiały do magazynowania ciepła ze zmianą fazową, naukowcy z Uniwersytetu Inżynierii Lądowej i Architektury w Pekinie zaproponowali użycie żużla węglikowego jako materiału rusztowania. Zastosowali metodę spiekania na zimno, aby przygotować kompozytowe materiały do magazynowania ciepła z przemianą fazową Na₂CO₃/węglika żużla, postępując zgodnie z etapami pokazanymi na rysunku. Przygotowano siedem próbek kompozytowego materiału o przemianie fazowej o różnych proporcjach (NC5-NC7). Biorąc pod uwagę całkowite odkształcenie, wyciek powierzchni stopionej soli i gęstość magazynowania ciepła, chociaż gęstość magazynowania ciepła próbki NC4 była najwyższa spośród trzech materiałów kompozytowych, wykazała ona niewielkie odkształcenie i wyciek. Dlatego też określono, że próbka NC5 ma optymalny stosunek masowy dla kompozytowego materiału akumulującego ciepło ze zmianą fazową. Zespół następnie przeanalizował makroskopową morfologię, wydajność magazynowania ciepła, właściwości mechaniczne, morfologię mikroskopową, stabilność cykliczną i kompatybilność składników kompozytowego materiału akumulującego ciepło ze zmianą fazową, uzyskując następujące wnioski:
01Kompatybilność między żużlem węglikowym i Na₂CO₃ jest dobra, dzięki czemu żużel węglikowy może zastąpić tradycyjne naturalne materiały rusztowania w syntezie kompozytowych materiałów do magazynowania ciepła z przemianą fazową Na₂CO₃/żużel węglikowy. Ułatwia to recykling zasobów żużla węglikowego na dużą skalę i umożliwia niskoemisyjne i tanie przygotowanie kompozytowych materiałów do magazynowania ciepła ze zmianą fazową.
02Kompozytowy materiał do magazynowania ciepła o przemianie fazowej o doskonałych parametrach można przygotować z udziałem masowym 52,5% żużla węglikowego i 47,5% materiału o przemianie fazowej (Na₂CO₃). Materiał nie wykazuje odkształceń i wycieków, ma gęstość magazynowania ciepła do 993 J/g w zakresie temperatur 100-900°C, wytrzymałość na ściskanie 22,02 MPa i przewodność cieplną 0,62 W/(m·K ). Po 100 cyklach ogrzewania/chłodzenia wydajność magazynowania ciepła próbki NC5 pozostała stabilna.
03Grubość warstwy folii materiału o przemianie fazowej pomiędzy cząstkami rusztowania określa siłę oddziaływania pomiędzy cząstkami materiału rusztowania i wytrzymałość na ściskanie kompozytowego materiału akumulującego ciepło o przemianie fazowej. Najlepsze właściwości mechaniczne charakteryzuje się kompozytowym materiałem magazynującym ciepło o przemianie fazowej, przygotowanym z optymalnego udziału masowego materiału o przemianie fazowej.
04Przewodność cieplna cząstek materiału rusztowania jest głównym czynnikiem wpływającym na wydajność przenoszenia ciepła przez kompozytowe materiały akumulujące ciepło ze zmianą fazową. Infiltracja i adsorpcja materiałów o przemianie fazowej w strukturze porów cząstek materiału rusztowania poprawia przewodność cieplną cząstek materiału rusztowania, poprawiając w ten sposób wydajność wymiany ciepła kompozytowego materiału akumulującego ciepło ze zmianą fazową.
Czas publikacji: 12 sierpnia 2024 r