Technologie de stockage de chaleur à changement de phase compositeévite de nombreux inconvénients des techniques de stockage de chaleur sensible et de stockage de chaleur à changement de phase en combinant les deux méthodes. Cette technologie est devenue un haut lieu de la recherche ces dernières années, tant au niveau national qu'international. Cependant, les matériaux d'échafaudage traditionnels utilisés dans cette technologie sont généralement des minéraux naturels ou leurs produits secondaires. L’extraction ou le traitement à grande échelle de ces matériaux peuvent endommager l’écosystème local et consommer d’importantes quantités d’énergie fossile. Pour atténuer ces impacts environnementaux, les déchets solides peuvent être utilisés pour produire des matériaux composites de stockage de chaleur à changement de phase.
Les scories de carbure, un déchet solide industriel généré lors de la production d'acétylène et de polychlorure de vinyle, dépassent les 50 millions de tonnes par an en Chine. L'application actuelle des scories de carbure dans l'industrie du ciment a atteint la saturation, conduisant à une accumulation à grande échelle à l'air libre, à la mise en décharge et au déversement en mer, qui endommagent gravement l'écosystème local. Il est urgent d’explorer de nouvelles méthodes d’utilisation des ressources.
Pour répondre à la consommation à grande échelle de scories de carbure de déchets industriels et pour préparer des matériaux composites de stockage de chaleur à changement de phase à faible teneur en carbone et à faible coût, des chercheurs de l'Université de génie civil et d'architecture de Pékin ont proposé d'utiliser des scories de carbure comme matériau d'échafaudage. Ils ont utilisé une méthode de frittage par pression à froid pour préparer des matériaux de stockage de chaleur à changement de phase composites Na₂CO₃/scories de carbure, en suivant les étapes indiquées sur la figure. Sept échantillons de matériaux composites à changement de phase avec différents rapports (NC5-NC7) ont été préparés. Compte tenu de la déformation globale, des fuites de sel fondu en surface et de la densité de stockage de chaleur, bien que la densité de stockage de chaleur de l'échantillon NC4 soit la plus élevée parmi les trois matériaux composites, elle présentait une légère déformation et fuite. Par conséquent, il a été déterminé que l’échantillon NC5 présentait le rapport de masse optimal pour le matériau composite de stockage de chaleur à changement de phase. L’équipe a ensuite analysé la morphologie macroscopique, les performances de stockage de chaleur, les propriétés mécaniques, la morphologie microscopique, la stabilité cyclique et la compatibilité des composants du matériau composite de stockage de chaleur à changement de phase, aboutissant aux conclusions suivantes :
01La compatibilité entre les scories de carbure et Na₂CO₃ est bonne, permettant aux scories de carbure de remplacer les matériaux d'échafaudage naturels traditionnels dans la synthèse de matériaux de stockage de chaleur à changement de phase composites Na₂CO₃/scories de carbure. Cela facilite le recyclage des ressources à grande échelle des scories de carbure et permet une préparation à faible teneur en carbone et à faible coût de matériaux composites de stockage de chaleur à changement de phase.
02Un matériau composite de stockage de chaleur à changement de phase présentant d'excellentes performances peut être préparé avec une fraction massique de 52,5 % de laitier de carbure et 47,5 % de matériau à changement de phase (Na₂CO₃). Le matériau ne présente aucune déformation ni fuite, avec une densité de stockage de chaleur allant jusqu'à 993 J/g dans la plage de température de 100 à 900°C, une résistance à la compression de 22,02 MPa et une conductivité thermique de 0,62 W/(m•K ). Après 100 cycles de chauffage/refroidissement, les performances de stockage de chaleur de l'échantillon NC5 sont restées stables.
03L'épaisseur de la couche de film de matériau à changement de phase entre les particules d'échafaudage détermine la force d'interaction entre les particules de matériau d'échafaudage et la résistance à la compression du matériau composite de stockage de chaleur à changement de phase. Le matériau composite de stockage de chaleur à changement de phase préparé avec la fraction massique optimale de matériau à changement de phase présente les meilleures propriétés mécaniques.
04La conductivité thermique des particules de matériaux d'échafaudage est le principal facteur affectant les performances de transfert de chaleur des matériaux composites de stockage de chaleur à changement de phase. L'infiltration et l'adsorption de matériaux à changement de phase dans la structure poreuse des particules de matériau d'échafaudage améliorent la conductivité thermique des particules de matériau d'échafaudage, améliorant ainsi les performances de transfert de chaleur du matériau composite de stockage de chaleur à changement de phase.
Heure de publication : 12 août 2024