Nanolope PCM
Weltweit entfallen 22% des Primärenergiebedarfs auf die Kühlung und Erwärmung von Gebäuden und Wasser. Aus diesem Grund wurde von einem großen Industrieanbieter sog. core-shell PCM entwickelt, das flüssiges Latentwärmespeichermaterial (PCM) in mikroskopisch kleinen Kapseln immobilisiert und über einen Aggregatzustandswechsel von flüssig zu fest etwa 14x mehr Wärme pro Volumen speichern kann als typische Baumaterialien aus Gips und Beton. Um aus herkömmlichem PCM rissfreie Wände herzustellen, werden etwa 15wt% bis 30wt% des PCM (70wt% PCM pro Kapsel) in Baumaterialien eingebracht. Höhere Mengen an PCM im Material führen jedoch bisher zu einem kompletten Verlust der mechanischen Stabilität.
Dieser Problematik widmeten sich die Forscher im Arbeitskreis Hahn der Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg. Sie stellten als erste Gruppe weltweit im großen Maßstab rissfreie Form-stabilisierte PCMs mit hohen mechanischen Stabilitäten und hohen PCM Massenanteilen von 86wt% her. Dabei bildeten sie um nanoskopisch kleine PCM-Tropfen ein 3D Gitter und hinderten durch die hohen Kapillarkräfte auf Nanoebene das flüssige Wärmespeichermaterial am Austritt. Das so erzeugte feste Wärmespeichermaterial kann in Solarthermie-Wasserboilern die Wärmespeicherkapazität erhöhen, in Wänden passiv Überschusswärme speichern oder in dem Thermischen Batteriemanagementsystem in Elektroautos passiv den Akkumulator kühlen, wodurch die aktive Kühlung via Wasser oder Luft ersetzt bzw. reduziert werden kann.
English
Worldwide, 22% of the primary energy requirement is used for cooling and heating buildings and water. For this reason, Micronal-PCM was developed by BASF, which immobilizes liquid latent heat storage material (PCM) in microscopic capsules and can store around 14x more heat per volume than typical building materials made of gypsum and concrete via a change in physical state from liquid to solid. To produce crack-free walls from Micronal-PCM, around 15wt% to 30wt% of Micronal-PCM (70wt% PCM per capsule) are incorporated into building materials. However, higher amounts of PCM in the material lead to a complete loss of mechanical stability.
The researchers in the Hahn working group at the Martin-Luther University in Halle-Wittenberg addressed this problem. They were the first group worldwide to produce crack-free, shape-stabilized PCMs with high mechanical stability and high PCM mass fractions of 86wt% on a large scale. In doing so, they formed a 3D grid around nanoscopic PCM droplets and prevented the liquid heat storage material from escaping through the high capillary forces at the nano level. The solid heat storage material generated in this way can increase the heat storage capacity in solar thermal water boilers, passively store excess heat in walls or passively cool the accumulator in the thermal battery management system in electric cars, whereby active cooling via water or air can be replaced or reduced.
Kontakt
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Naturwissenschaftliche Fakultät II
Institut für Chemie
Felix Marske
Heinrich-Damerow-Straße 4 • 06120 Halle (Saale)
Telefon: +49 345 55 25912
felix.marske@chemie.uni-halle.de
http://www.chemie.uni-halle.de/bereiche_der_chemie/technische_chemie/ak_prof._hahn/