Kompozitna tehnologija shranjevanja toplote s spremembo fazese izogne številnim pomanjkljivostim razumnega shranjevanja toplote in tehnik faznega shranjevanja toplote s kombinacijo obeh metod. Ta tehnologija je v zadnjih letih postala raziskovalna vroča točka, tako doma kot v tujini. Vendar so tradicionalni materiali za oder, ki se uporabljajo v tej tehnologiji, običajno naravni minerali ali njihovi sekundarni proizvodi. Obsežno pridobivanje ali predelava teh materialov lahko poškoduje lokalni ekosistem in porabi znatne količine fosilne energije. Za ublažitev teh vplivov na okolje je mogoče trdne odpadke uporabiti za proizvodnjo kompozitnih materialov za shranjevanje toplote s fazno spremembo.
Karbidna žlindra, industrijski trdni odpadek, ki nastane pri proizvodnji acetilena in polivinilklorida, na Kitajskem presega 50 milijonov ton letno. Sedanja uporaba karbidne žlindre v industriji cementa je dosegla nasičenost, kar je povzročilo obsežno kopičenje na prostem, odlaganje odpadkov in odlaganje v ocean, kar resno škoduje lokalnemu ekosistemu. Nujno je treba raziskati nove metode za uporabo virov.
Da bi obravnavali obsežno porabo industrijske odpadne karbidne žlindre in pripravili nizkoogljične, poceni kompozitne materiale za shranjevanje toplote s spremembo faze, so raziskovalci s Pekinške univerze za gradbeništvo in arhitekturo predlagali uporabo karbidne žlindre kot materiala za oder. Uporabili so metodo sintranja s hladnim stiskanjem za pripravo kompozitnih materialov za shranjevanje toplote Na₂CO3/karbidne žlindre s fazno spremembo po korakih, prikazanih na sliki. Pripravljenih je bilo sedem kompozitnih vzorcev fazno spremenjenega materiala z različnimi razmerji (NC5-NC7). Glede na celotno deformacijo, površinsko uhajanje staljene soli in gostoto shranjevanja toplote, čeprav je bila gostota shranjevanja toplote vzorca NC4 najvišja med tremi kompozitnimi materiali, je pokazala rahlo deformacijo in puščanje. Zato je bilo ugotovljeno, da ima vzorec NC5 optimalno masno razmerje za kompozitni material za shranjevanje toplote s fazno spremembo. Ekipa je nato analizirala makroskopsko morfologijo, zmogljivost shranjevanja toplote, mehanske lastnosti, mikroskopsko morfologijo, ciklično stabilnost in združljivost komponent kompozitnega materiala za shranjevanje toplote s spremembo faze, pri čemer je prišla do naslednjih zaključkov:
01Združljivost med karbidno žlindro in Na₂CO₃ je dobra, kar omogoča, da karbidna žlindra nadomesti tradicionalne naravne materiale za oder pri sintezi kompozitnih materialov za shranjevanje toplote s spremembo faze Na₂CO3/karbidne žlindre. To olajša obsežno recikliranje virov karbidne žlindre in doseže nizkoogljično in poceni pripravo kompozitnih materialov za shranjevanje toplote s spremembo faze.
02Kompozitni fazno spremenjeni material za shranjevanje toplote z odličnimi zmogljivostmi je mogoče pripraviti z masnim deležem 52,5 % karbidne žlindre in 47,5 % fazno spremenjenega materiala (Na₂CO3). Material ne kaže deformacij ali puščanja, z gostoto shranjevanja toplote do 993 J/g v temperaturnem območju 100-900 °C, tlačno trdnostjo 22,02 MPa in toplotno prevodnostjo 0,62 W/(m•K ). Po 100 ciklih segrevanja/hlajenja je zmogljivost shranjevanja toplote vzorca NC5 ostala stabilna.
03Debelina filmske plasti materiala s fazno spremembo med delci ogrodja določa silo interakcije med delci materiala ogrodja in tlačno trdnost kompozitnega materiala za shranjevanje toplote s fazno spremembo. Kompozitni fazno spremenjeni material za shranjevanje toplote, pripravljen z optimalnim masnim deležem fazno spremenjenega materiala, ima najboljše mehanske lastnosti.
04Toplotna prevodnost delcev materiala ogrodja je primarni dejavnik, ki vpliva na zmogljivost prenosa toplote kompozitnih materialov za shranjevanje toplote s spremembo faze. Infiltracija in adsorpcija materialov s fazno spremembo v strukturi por delcev materiala ogrodja izboljšata toplotno prevodnost delcev materiala ogrodja, s čimer se poveča učinkovitost prenosa toplote kompozitnega materiala za shranjevanje toplote s fazno spremembo.
Čas objave: 12. avgusta 2024