Synthesis of monolithic shape-stabilized phase

Abstract

To reduce the primary energy demand for heating, thermal energy can be stored using shape-stabilized phase change materials (ss-PCMs). In this work, a Sol-Gel synthesis based on stabilized silica sol is developed for ss-PCMs with various melting points, high latent heat, and high compressive strength. The monolithic ss-PCMs have melting points around 20°C and PCM mass fractions up to 86 wt%. The compressive strength (~1.2 MPa at 10°C) and latent heat (~160 J/g) are high, allowing versatile applications of ss-PCMs in heaters, hot water storage tanks, and construction materials to enhance heat storage capacity or for passive cooling of photovoltaic and battery cells. The properties of ss-PCMs are improved by encapsulating smaller PCM droplets, which size can be adjusted during synthesis through the addition of polyvinyl alcohol and sodium lauryl sulfate.

Um den Primärenergiebedarf fürs Heizen zu senken, kann thermische Energie durch formstabilisierte Phasenwechselmaterialien (ss-PCMs) gespeichert werden. In dieser Arbeit wird eine Sol-Gel-Synthese ausgehend von stabilisiertem Silika-Sol für ss-PCMs mit verschiedenen Schmelzpunkten, hoher latenter Wärme und hoher Druckfestigkeit entwickelt. Die monolithischen ss-PCMs haben Schmelzpunkte um 20 °C und PCM-Massenanteile bis 86 wt%. Die Druckfestigkeit (~1,2 MPa bei 10 °C) und latente Wärme (~160 J/g) sind hoch und ermöglichen vielseitige Anwendungsfelder der ss-PCMs, z.B. in Gebäudeheizungen, Warmwasserspeichern und Baumaterialien zur Erhöhung der Wärmespeicherfähigkeit oder zur passiven Kühlung von Photovoltaik- und Batterie-Zellen. Hierbei verbessern sich die Eigenschaften der ss-PCMs durch Einkapselung kleinerer PCM-Tropfen, deren Größe über die Zusätze Polyvinylalkohol und Natriumlaurylsulfat während der Synthese einstellbar sind.