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Jan 16, 2024

Um novo material de mudança de fase estável com pente

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5243 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Para melhorar a homogeneidade dos compostos de materiais de mudança de fase (PCMs) para armazenamento de energia térmica, o trimetilolpropano à base de poli(etileno glicol monometil éter) (Ymer-N120) com longas cadeias laterais de etioxila é empregado para formar poliuretano tipo pente que funcionou como materiais de apoio para PCMs. E os resultados da espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X, calorimetria de varredura diferencial, teste de ciclagem térmica acelerada, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM) sugeriram um poliuretano reticulado incorporado com ácido mirístico de grau mícron (MA) cristais foi preparado durante o processo de cura térmica. O poliuretano (YP) em forma de pente obtido pode fornecer materiais de suporte de estrutura 3D para fusão de MA. E a cadeia etioxila lateral longa de Ymer-N120 promove o derretimento da forma MA de cristais do tamanho de um mícron. 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 (acima de 90 J/g de YPM50) com boa estabilidade térmica (devido à sua temperatura inicial de decomposição atingir 190 °C) sem vazamento (após 500 vezes de ciclagem térmica acelerada testes). Todos os resultados indicaram que esta estrutura fornece uma solução eficaz para o vazamento de PCMs, o que mostra uma aplicação promissora em TES.

A exploração e utilização de energia tornaram-se uma questão crucial e urgente, pois a Terra está sofrendo com a crise energética e a poluição ambiental1,2,3. A tecnologia de armazenamento de energia térmica (TES) pode resolver a incompatibilidade de tempo e espaço entre a demanda e a oferta de energia4, tem sido empregada para colher a energia renovável5,6,7,8 e coletar a energia residual doméstica/industrial9,10. Os materiais de mudança de fase (PCMs) podem armazenar e liberar reversivelmente a energia térmica pela fusão e cristalização de materiais cristalinos11,12, atraíram grande atenção para os 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 sistema de gerenciamento térmico. Devido à alta densidade de energia, temperatura insignificante e variação de volume de PCMs durante o processo de armazenamento de energia, PCMs como álcool graxo20, polietileno glicol21, 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.

Dentre os PCMs, os ácidos graxos de cadeia longa flexível têm sido bastante estudados devido à sua temperatura de mudança de fase ajustável, atoxicidade e estabilidade química24,25. No entanto, 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 risco de incêndio, além de restringir o desenvolvimento de ácidos graxos. Portanto, os ácidos graxos são sempre encapsulados por materiais de suporte porosos27 como nanotubos de carbono (CNT), grafeno, grafite expandido etc. 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/nanofeltos de carbono.

No entanto, os FSPCMs sofrem de baixa estabilidade e confiabilidade devido à interação de interface inferior de ácidos graxos e materiais de suporte, o que pode causar falha nos FSPCMs uma vez que o esqueleto de suporte foi submetido a força externa e solvente químico. Empregar a matriz polimérica como material de suporte é uma das maneiras mais eficientes de melhorar a estabilidade e a confiabilidade dos FSPCMs baseados em ácidos graxos. As redes poliméricas, especialmente as redes poliméricas de reticulação, podem efetivamente restringir o vazamento de ácido graxo fundido quando a temperatura é superior à temperatura de fusão do ácido graxo29. 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 de interface entre a matriz gordurosa e polimérica ocorrerá após o processo de mudança de fase repetidas vezes, resultando na efusão de ácidos graxos. Portanto, é necessário e interessante fabricar FSPCMs estáveis ​​e confiáveis, aumentando a interação entre matriz gordurosa e polimérica25,31. Os polímeros em forma de pente com cadeias alquílicas laterais têm sido estudados devido à interação de suas longas cadeias laterais com PCMs. Yao32 usou um material de suporte de mudança de fase estrutural semelhante a um pente (PPEGMA) para fornecer entrelaçamentos firmemente entre as longas cadeias laterais de polímero e cadeias de PCMs pela ação da força dipolo induzida.