Tecnologia composita di accumulo del calore a cambiamento di faseevita molti inconvenienti delle tecniche di accumulo del calore sensibile e di accumulo del calore a cambiamento di fase combinando entrambi i metodi. Questa tecnologia è diventata un punto caldo della ricerca negli ultimi anni, sia a livello nazionale che internazionale. Tuttavia, i materiali per impalcature tradizionali utilizzati in questa tecnologia sono tipicamente minerali naturali o i loro prodotti secondari. L’estrazione o la lavorazione su larga scala di questi materiali può danneggiare l’ecosistema locale e consumare quantità significative di energia fossile. Per mitigare questi impatti ambientali, i rifiuti solidi possono essere utilizzati per produrre materiali compositi di accumulo del calore a cambiamento di fase.
Le scorie di carburo, un rifiuto solido industriale generato durante la produzione di acetilene e cloruro di polivinile, superano i 50 milioni di tonnellate all'anno in Cina. L’attuale applicazione delle scorie di carburo nell’industria del cemento ha raggiunto la saturazione, portando ad un accumulo su larga scala all’aria aperta, allo smaltimento in discarica e allo scarico nell’oceano, che danneggiano gravemente l’ecosistema locale. C’è un urgente bisogno di esplorare nuovi metodi per l’utilizzo delle risorse.
Per affrontare il consumo su larga scala di scorie di carburo di scarto industriale e per preparare materiali compositi di accumulo del calore a cambiamento di fase a basso contenuto di carbonio e a basso costo, i ricercatori dell’Università di ingegneria civile e architettura di Pechino hanno proposto di utilizzare scorie di carburo come materiale per l’impalcatura. Hanno utilizzato un metodo di sinterizzazione con pressatura a freddo per preparare materiali compositi di accumulo del calore a cambiamento di fase di scorie di Na₂CO₃/carburo, seguendo i passaggi mostrati nella figura. Sono stati preparati sette campioni di materiale composito a cambiamento di fase con rapporti diversi (NC5-NC7). Considerando la deformazione complessiva, la perdita di sale fuso superficiale e la densità di accumulo del calore, sebbene la densità di accumulo del calore del campione NC4 fosse la più alta tra i tre materiali compositi, ha mostrato una leggera deformazione e perdita. Pertanto, è stato determinato che il campione NC5 presentava il rapporto di massa ottimale per il materiale composito di accumulo del calore a cambiamento di fase. Il team ha successivamente analizzato la morfologia macroscopica, le prestazioni di accumulo del calore, le proprietà meccaniche, la morfologia microscopica, la stabilità ciclica e la compatibilità dei componenti del materiale composito di accumulo del calore a cambiamento di fase, giungendo alle seguenti conclusioni:
01La compatibilità tra scorie di carburo e Na₂CO₃ è buona, consentendo alle scorie di carburo di sostituire i tradizionali materiali di impalcatura naturali nella sintesi di materiali compositi di accumulo del calore a cambiamento di fase Na₂CO₃/scorie di carburo. Ciò facilita il riciclaggio delle risorse su larga scala delle scorie di carburo e consente la preparazione a basso contenuto di carbonio e a basso costo di materiali compositi di accumulo del calore a cambiamento di fase.
02Un materiale composito di accumulo del calore a cambiamento di fase con prestazioni eccellenti può essere preparato con una frazione in massa pari al 52,5% di scorie di carburo e al 47,5% di materiale a cambiamento di fase (Na₂CO₃). Il materiale non mostra deformazioni o perdite, con una densità di accumulo di calore fino a 993 J/g nell'intervallo di temperature di 100-900°C, una resistenza alla compressione di 22,02 MPa e una conduttività termica di 0,62 W/(m•K ). Dopo 100 cicli di riscaldamento/raffreddamento, le prestazioni di accumulo del calore del campione NC5 sono rimaste stabili.
03Lo spessore dello strato di pellicola del materiale a cambiamento di fase tra le particelle dell'impalcatura determina la forza di interazione tra le particelle del materiale dell'impalcatura e la resistenza alla compressione del materiale composito di accumulo del calore a cambiamento di fase. Il materiale composito di accumulo del calore a cambiamento di fase preparato con la frazione di massa ottimale del materiale a cambiamento di fase presenta le migliori proprietà meccaniche.
04La conduttività termica delle particelle del materiale dell'impalcatura è il fattore principale che influenza le prestazioni di trasferimento del calore dei materiali compositi di accumulo del calore a cambiamento di fase. L'infiltrazione e l'adsorbimento dei materiali a cambiamento di fase nella struttura dei pori delle particelle del materiale dell'impalcatura migliorano la conduttività termica delle particelle del materiale dell'impalcatura, migliorando così le prestazioni di trasferimento del calore del materiale composito di accumulo del calore a cambiamento di fase.
Orario di pubblicazione: 12 agosto 2024