Entwicklung neuartiger PCM

Phasenwechselmaterialien (PCM von engl. phase change materials)

Phasenwechselmaterialien (PCM von engl. phase change materials) werden zur Speicherung thermischer Energie eingesetzt, da sie in kleinen Temperaturbereichen große Wärmemengen speichern können. In der Praxis werden bisher vor allem Materialien mit einem fest-flüssig Phasenwechsel angewendet, da hier die Speicherdichte bezogen auf das Speichervolumen besonders hoch ist. Allerdings muss ein Stoff, der mal fest und mal flüssig vorliegt, für die Anwendung geeignet verkapselt werden. Die Verkapselung ist in jedem Fall ein Kostenfaktor beim Speicherbau und kann unter Umständen auch die effektive Speicherdichte deutlich reduzieren.

Vor diesem Hintergrund werden am ZAE Bayern im Rahmen des Projekts ENFoVerM ("Entwicklung neuartiger PCM, formstabiler PCM und PCM-Verbundmaterialien mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit", Förderkennzeichen 0327851D) verschiedene Möglichkeiten der Herstellung formstabiler PCM mit Hilfe der Polymertechnologie untersucht. Ziel der Arbeiten sind Stoffe, die auf molekularer Ebene schmelzen aber makroskopisch fest bleiben.

Wie kann man sich das vorstellen? Beim "normalen" PCM findet ein fest-flüssig Phasenwechsel statt. Im Festkörper sind die "Bausteine" des Stoffs, also Ionen, Moleküle oder Polymere, gebunden, d.h. in ihrer gegenseitigen Lage fixiert, und geben so dem Körper eine äußere Form. Oberhalb einer charakteristischen Temperatur, der Schmelztemperatur, werden diese starren Bindungen gelöst, die Bausteine können sich gegeneinander bewegen: der Stoff verliert seine äußere Form und schmilzt. Dabei nimmt der Stoff die Schmelzenergie auf. Beim Abkühlen unter die Schmelztemperatur werden die Bindungen wieder neu gebildet und diese Energie wieder freigesetzt. So kann der Stoff als thermisches Speichermedium genutzt werden.

Zur Herstellung polymerbasierter formstabiler PCM werden am ZAE verschiedene Optionen untersucht. Bei Kamm-Polymeren fungieren die Zinken des Kamms als eigentliches Phasenwechselmaterial, während der Kammrücken die äußere Stabilität gewährleistet. Bei Polymermischungen wird die Formstabilität erreicht, indem kleine Tröpfchen in eine Matrix festen Materials eingebettet werden. Unverzweigte Block-Kopolymere können als formstabile PCM fungieren, wenn ein amorph-kristalliner Übergang eines Blocks stattfindet während der zweite Block für eine Quervernetzung der Polymere und damit für die Formstabilität sorgt.

Im Projekt ENFoVerM werden noch weitere Themen auf Materialentwicklungsebenen untersucht. Dies sind Untersuchungen zu PCM-Mischungen, PCMs auf Polymerbasis und die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von PCM durch geeignete Zusätze. Darüber hinaus wird versucht ein übergeordnetes, theoretisches Verständnis der Zusammenhänge bei PCM zu erarbeiten. 

 

Ansprechpartner

Dr. Stefan Hiebler

Tel.: +49 89 329442-35

E-mail: Stefan.Hiebler@zae-bayern.de

Über das ZAE Bayern

Als eine der führenden Einrichtungen auf dem Gebiet der angewandten Energieforschung verbindet das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE Bayern) exzellente Forschung mit exzellenter Umsetzung der Resultate in die wirtschaftliche Praxis. Hierzu bietet das ZAE seinen Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft ein breites Leistungsspektrum an, das sich von messtechnischen Dienstleistungen über Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten bis zu kompletten Innovationspaketen erstreckt.

mehr


Tätigkeitsbericht 2016

Zum Jahresbericht 2016...

Veranstaltungen 

20. Symposium on Thermophysical Properties

June 24–29, 2018, Boulder, CO, USA

16.05.2017

ZAE weiterhin wichtiger Impulsgeber für die...

1.03.2017

Die World Sustainable Energy Days (WSED) sind mit...