Các vi nang thay đổi pha mới, hiệu quả để lưu trữ năng lượng mặt trời
bởi Cactus Communications
Tổng hợp các vi nang. Ảnh: Lưu trữ và tiết kiệm năng lượng (2022). DOI: 10.1016 / j.enss.2022.09.003
Không có tin tức gì khi nói rằng sự phụ thuộc của xã hội vào nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo đã dẫn đến cuộc khủng hoảng khí hậu và năng lượng toàn cầu đang diễn ra. Khí thải từ than đá, khí đốt tự nhiên và nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ là những nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí và do đó, trái đất nóng lên. Trong nỗ lực của xã hội để chuyển sang một nền kinh tế năng lượng bền vững, không chứa carbon, năng lượng mặt trời có nhiều hứa hẹn. Năng lượng mặt trời dồi dào và thân thiện với môi trường, nếu được khai thác hiệu quả, có thể làm giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào các nguồn năng lượng thông thường.
Về vấn đề này, vật liệu thay đổi pha (PCM), các chất giải phóng / hấp thụ đủ năng lượng ở quá trình chuyển pha (dưới dạng nhiệt tiềm ẩn) để cung cấp hệ thống sưởi / làm mát hữu ích, là một ứng cử viên phổ biến làm thiết bị lưu trữ năng lượng mặt trời. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống làm mát PCM dựa trên năng lượng mặt trời có thể làm giảm nhiệt độ môi trường xuống 30 độ C. Thật không may, các PCM thực tế gặp phải các vấn đề về rò rỉ và ăn mòn. Hơn nữa, chúng cho thấy đặc tính truyền nhiệt kém do độ dẫn nhiệt thấp. Mặc dù điều này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các PCM kim loại, nhưng nó làm cho các PCM đắt hơn và cồng kềnh hơn.
Một cách giải quyết những vấn đề này, như các nghiên cứu đã chỉ ra, là bao bọc các PCM trong các vi nang bằng các chất độn có độ dẫn điện cao, chẳng hạn như các hạt nano. Điều này có thể bảo vệ chúng khỏi tác hại của ánh sáng, nhiệt, độ ẩm và oxy cũng như cải thiện tính chất truyền nhiệt của chúng. Ngoài ra, nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng các hạt nano có mật độ thấp, phi kim loại, độ dẫn nhiệt cao cho mục đích này, nhằm tránh các vấn đề của các hạt nano kim loại.
Trong một bước đột phá gần đây, các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc và Hoa Kỳ đã tổng hợp các vi nang PMC cho thấy khả năng chuyển đổi quang nhiệt và truyền nhiệt chưa từng có bằng cách sử dụng n-Octadecane (ODE) làm lõi PCM và polystyrene liên kết chéo (CLPS) dạng hạt nano silicon carbide (SiC) làm lớp ngoài vỏ bọc.
"Vật liệu vi nang thay đổi pha là trọng tâm nghiên cứu của chúng tôi. Trong một nghiên cứu trước đây, chúng tôi nhận thấy rằng một lớp vỏ hữu cơ đơn lẻ có các khuyết tật về độ dẫn nhiệt và độ ổn định, trong khi một lớp vỏ vô cơ đơn lẻ không đạt yêu cầu về độ chặt và độ che phủ. Vì vậy, chúng tôi bắt đầu Giáo sư Jifen Wang từ Đại học Bách khoa Thượng Hải, Trung Quốc, một trong những tác giả của nghiên cứu được công bố trực tuyến vào ngày 29 tháng 9 năm 2022 trên tạp chí Energy Storage, giải thích về việc tập trung vào việc pha tạp vỏ hữu cơ với các hạt nano vô cơ để thu được vỏ lai vô cơ-hữu cơ. và Tiết kiệm.
Trong công việc của mình, nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị một loạt bốn viên nang siêu nhỏ bằng cách sử dụng phương pháp gọi là "trùng hợp huyền phù". Sau đó, họ xác định đặc điểm của các vi nang bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử quét, quang phổ tia X phân tán năng lượng và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier. Kết quả chỉ ra rằng các vi nang có hình cầu và các hạt nano-SiC được nhúng vào trong vỏ CLPS, hỗ trợ hiệu quả truyền nhiệt và chuyển đổi quang nhiệt của vi nang.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra các đặc tính nhiệt của các vi nang và nhận thấy rằng chúng cho thấy khả năng chuyển đổi quang nhiệt và độ dẫn nhiệt vượt trội so với các mẫu không pha tạp chất. Trong số bốn loại vi nang pha tạp, loại có pha tạp nano-SiC 1,25% trọng lượng thể hiện hiệu suất tốt nhất, với hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt 54,9%, cao hơn 146% so với loại không pha tạp.
Với những kết quả đáng khích lệ như vậy, các vỏ vi nang PCM mới có thể cung cấp một khuôn khổ vững chắc cho các nghiên cứu sâu hơn về vật liệu năng lượng với hiệu suất lưu trữ và chuyển đổi năng lượng mặt trời tuyệt vời. Nghiên cứu cũng mở ra những cánh cửa mới cho ứng dụng thực tế của các vi nang biến đổi pha đa chức năng.
Giáo sư Wang cho biết: “Những viên nang siêu nhỏ này có thể có những ứng dụng tiềm năng đáng kể làm vật liệu lưu trữ năng lượng trong các thiết bị năng lượng mặt trời, thiết bị cách nhiệt thông minh và các tòa nhà tiết kiệm năng lượng”.
