"상변화 열저장 마이크로캡슐 분말의 제조 방법"
제조 공정
1. 탄화칼슘 슬래그
2. 녹는
3. Na2CO3 + 슬래그(탄화칼슘 슬래그)
4. 섞다
5. 폴리비닐알코올 용해 및 코어 혼합
6. 공압 압축
7. 소결: 분말과 같은 비표면적 입자를 더욱 조밀한 응집체로 만들기 위해 온도와 압력을 가하는 공정과 소결 공정을 통해 재료의 밀도, 기공률, 기공 크기 분포를 조절하여 궁극적으로 원하는 물리적 특성을 얻을 수 있습니다.
8. 상변화 마이크로캡슐 분말
복합상변화 열저장기술의 많은 단점을 피하기 위해, 합리적인 열저장기술과 상변화 열저장기술, 복합감각 열저장 및 복합상변화 열저장재료가 최근 몇 년 동안 국내외에서 화제가 되고 있지만, 기존의 골격재료는 천연광물이나 그 부산물을 사용합니다.
대규모 채굴이나 가공은 지역 생태 환경을 훼손하고 막대한 양의 화석 에너지를 소비합니다. 이러한 문제가 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 고형 폐기물을 활용하여 복합 스크린 변환 열 저장 재료를 제조할 수 있습니다.
탄화칼슘 슬래그와 아세틸렌입니다. 폴리염화비닐 등 산업 고형 폐기물이 생산 과정에서 발생하는데, 우리나라에서는 연간 5천만 톤 이상을 생산하고 있으며, 시멘트 산업에서 탄화칼슘 슬래그의 활용은 포화 상태입니다. 다량의 탄화칼슘 슬래그가 노천에 쌓여 있습니다. 지역 생태계에 심각한 피해를 입히고 자원 활용 방안을 모색해야 합니다.
산업 고형 폐기물인 탄화칼슘 슬래그를 대량으로 흡수하고 저탄소 저비용 복합 스크린 변환 축열재를 제조하기 위해, 루이시 화학기술대학교 생물공학 및 건축학과는 탄화칼슘 슬래그를 골격 재료로 사용하여 Na₂CO₃/탄화물 복합 파체인지 스타바이드 슬래그를 제조하는 방안을 제안했습니다. 이 소재는 스타파레 Na₂CO₃와 메터링 코딩 카바이레싱 카비스터링 콜레터링 Na₂CO₃입니다. 변형, 표면 용액 염 누출, 그리고 축열 밀도를 고려할 때, NC4 샘플의 축열 밀도가 세 가지 복합 계면 변환 축열재 중 가장 크지만, 복합 단계 변환 축열재와 NC5 샘플의 질량 비율이 가장 적합하다고 판단됩니다. 그 후, 연구팀은 거시적 형태를 분석했습니다. 복합 스크린 변환 축열재의 축열 성능, 기계적 특성, 미시적 형태, 순환 안정성, 그리고 재료 구성 요소의 적합성을 분석하여 다음과 같은 결론을 도출했습니다.
1. 탄화칼슘 슬래그 성분은 Na₂CO₃와 우수한 상용성을 가지고 있습니다. Na₂CO₃/탄화칼슘 슬래그 복합재는 기존의 천연 골격 재료를 대체하여 축열재를 합성할 수 있으며, 탄화칼슘 슬래그의 대규모 자원 재활용을 통해 저탄소 저비용 복합 스크린 전환 축열재 조성을 실현할 수 있습니다.
2. 52.5%의 탄화칼슘 슬래그와 47.5%의 상변화 물질 Na₂CO₃/복합 재료를 사용하여 우수한 성능의 상변화 축열재를 제조할 수 있습니다. 변동이나 누출이 없으며, 최고 축열 밀도는 993J/g, 압축 강도는 22.02MPa이고, 열전도성 시료 NC5의 축열 성능은 0.62W/(m•K)로 100~900℃에서 안정적으로 유지됩니다.
3. 필름층의 두께는 골격 재료의 계면력과 복합 계면 변화 열 저장 재료의 압축 강도를 결정합니다. 복합 계면 변화 열 저장 재료는 최대 질량 방출로 제조될 때 최상의 기계적 특성을 나타냅니다.
4. 골격 재료 입자의 열전도도는 복합 스크린 변환 축열재의 열전달 성능에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 또한, 단계 변환재가 골격 재료 구조 내로 침투하도록 개선하여 흡수된 골격 재료 입자의 열전도도를 향상시킴으로써 복합 스크린 변환 축열재의 열전달 성능을 향상시킵니다. 이는 모두 동일합니다.
에너지 저장 단계 변환 물질은 에너지 저장 밀도가 높고, 열 흡수 및 방출 과정에서 온도 변화가 적고, 공정 제어가 용이하다는 장점이 있습니다.
그리고 재료의 종류도 다양하고, 응용분야도 광범위합니다.
에너지 저장 PCM은 특정 온도 범위 내에서 물리적 상태를 변화시키고 잠열을 흡수하거나 방출할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
예를 들어, 고체-액체 상변화를 생각해 보겠습니다. 녹는점까지 가열되면, 상변화된 물질은 녹는 과정에서 많은 양의 잠열을 흡수하고 저장합니다.
PCM은 냉각점까지 냉각되면 응고 과정에서 잠열을 방출합니다. 에너지 저장 상변화 물질은 다음과 같은 특성을 가져야 합니다. 낮은 독성, 적절한 상변화 온도, 높은 상변화 잠열, 안정적인 성능, 우수한 상변화 재생성, 상변화 중 낮은 팽창 및 수축률, 우수한 열전도도, 저렴한 비용, 그리고 원료 확보의 용이성.
에너지 저장 상변화 물질은 상변화 형태에 따라 고체-액체 상변화 물질, 고체-기체 상변화 물질, 액체-기체 상변화 물질, 고체-기체 상변화 물질의 네 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 고체-기체 상변화 물질과 액체-기체 상변화 물질 간의 위기 변화 잠열은 크지만, 부피 변화가 크고, 압력과 열전도도가 낮으며, 적용 범위가 제한적입니다.
고체-고체 상변화 물질은 상변화 잠열이 낮고, 상변화 과정이 느리며, 응용 범위가 좁습니다. 고체-액체 상변화 물질은 상변화 잠열이 크다는 장점이 있습니다. 고체-액체 상변화 물질은 상변화 온도가 높고, 가격이 저렴하며, 실용적 가치가 높고, 기술이 성숙된 에너지 저장 상변화 물질입니다. 따라서 에너지 저장 상변화 물질은 일반적으로 고체-액체 상변화 물질을 지칭합니다.
에너지 저장 상변화 물질은 그 구성에 따라 무기 상변화 물질, 유기 상변화 물질(고분자 포함), 그리고 복합 상변화 물질로 구분할 수 있습니다. 무기 상변화 물질은 주로 금속 및 합금, 결정성 염, 용융염 등을 포함하며, 이들은 높은 상변화 잠열, 높은 체적 에너지 저장 밀도, 그리고 높은 열전도도라는 장점을 가지고 있습니다.
하지만 냉각 및 분리가 쉽다는 단점이 있습니다. 유기 물질은 주로 탄화수소(파라핀 등), 지방산, 알코올, 폴리올 등을 포함합니다.
가열 상태에서는 성능이 안정적이고 비용이 저렴하지만, 열전도율이 낮고 밀도가 낮으며 휘발성이 높고 노화가 쉽다는 단점이 있습니다. 복합 스크린 교체 재료는 주로 유기 및 무기 Utex 스크린 교체 재료를 사용하여 단일 무기 또는 유기 스크린 교체 재료의 단점을 극복합니다.
가장 많이 연구된 것은 형상상변화물질(SSPCM)과 미세캡슐화상변화물질(MEPCM)이다.
에너지 저장용 PCM은 고온(250℃ 이상), 중온(250~100℃), 저온(100℃ 미만) 상변화 물질로 구분됩니다. 고온 상변화 에너지 저장 물질은 주로 집광형 태양광 발전, 산업 폐열 회수, 고온 열 엔진 등에 사용됩니다. 중온 상변화 에너지 저장 물질은 주로 태양열 이용, 건조 및 제습 등에 사용됩니다. 저온 상변화 에너지 저장 물질은 건물 에너지 절약, 전자 장비 열 관리, 저온 냉장고 등 다양한 분야에 활용될 가능성이 높습니다.
에너지 저장 상변화 물질의 설계, 제조 및 강화는 재료 연구 개발의 핵심입니다. 적절한 상변화 온도와 상변화 잠열을 얻기 위해서는 다양한 상변화 물질을 일정 비율로 혼합하여 다성분 혼합 상변화 물질을 합성하는 것이 필수적입니다.
에너지 저장 상변화 물질의 제조에는 주로 기계적 방법(상변화 물질을 용기에 담는 것), 물리적 방법(혼합법, 증착법 등), 화학적 방법(고분자 중합법, 졸법 등), 그리고 마이크로캡슐화 방법이 있습니다. 열전도도가 낮은 저차 상변화 물질의 경우, 우수한 열전도성 재료(금속 필러, 그래핀, 탄소 섬유 등)를 첨가하는 것이 필수적입니다.
에너지 저장 PCM의 내구성과 경제성은 응용 프로그램 개발의 핵심입니다.
변환기 재료
탄소 피크와 탄소 중립에 대한 세계적 합의로 인해 모든 국가에서 재생 에너지 건설이 늘어났고, 이로 인해 에너지 저장 및 열 저장 장치에 대한 수요가 크게 증가했습니다.
에너지 저장 기술 개발을 크게 촉진하고 피크 부하 절감 및 밸리 충전, 청정 난방 분야에서 열 저장 기술의 적용을 위한 강력한 정책 지원을 제공했으며, 이를 통해 열 저장 산업에 다시 한번 큰 추진력과 자신감을 가져다주었습니다.
에너지 저장 장치란 무엇인가요?
에너지 저장은 에너지를 매체나 장치를 통해 씨앗 형태로 저장하고 필요할 때 어떤 형태로든 방출하는 과정을 말합니다.
열에너지 저장(thermal energy storage) 또는 열에너지 저장(thermal energy storage)이라고도 합니다. 이는 에너지 저장의 중요한 형태 중 하나입니다. 특정 매체에 열에너지를 저장하고 필요에 따라 전기 에너지나 다른 형태의 에너지로 변환하는 기술을 의미합니다. 열에너지 저장 기술은 감각 열에너지 저장, 상변화 에너지 저장, 열화학 에너지 저장으로 나뉩니다.
위상 이동 에너지 저장 기술이란 무엇입니까?
상변화 에너지 저장 재료는 상변화 기술의 핵심입니다. 외부 환경과 에너지를 교환할 수 있습니다(외부 링에서 열을 흡수하거나 외부 환경에서 열을 방출). 주변 온도 조절 및 에너지 활용이라는 목적을 달성하기 위해 상변화 재료는 고체에서 액체로 열을 흡수합니다.
열이 방출되면 액체에서 고체로 변합니다. 기록 또는 응고 과정에서 온도는 변하지 않지만, PCM이 흡수하거나 방출하는 잠열은 상당합니다. 물질이 점진적으로 변하면서 에너지가 저장되고 그에 따라 방출됩니다.
캐스케이드 에너지 저장 기술 분류
상변화 에너지 저장 물질은 저온 상변화 물질, 중·고온 상변화 물질, 마이크로캡슐형 상변화 물질 등 여러 범주로 나눌 수 있습니다.
저온 상변화 물질
저온 PCM은 일반적으로 파라핀, 지방산 및 그 수산기, 폴리올, 폴리에틸렌 등과 같은 유기 물질로 구성됩니다. 이 소재는 온도 조절이 가능하고 화학적 안정성과 상용성이 우수하여 건물의 온도 조절 분야에 널리 사용됩니다. 예를 들어, 겨울철 저온 PCM은 실내의 과도한 열을 흡수하여 야간에 방출함으로써 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.
중·고온 상변화 물질
중·고온 상변화 물질은 주로 무기염, 금속 및 합금 등을 포함합니다. 상변화 온도가 높기 때문에 산업용 난방이나 태양열 수집 시스템에 적합합니다.
예를 들어, 일부 무기 염소는 태양열 히터나 화력 발전소에서 에너지 저장 매체로 사용되어 낮 동안 태양열을 저장하고 밤에 천천히 방출할 수 있습니다.
미세캡슐화된 보행 변화 물질
또한, 특수 마이크로캡슐화된 보행 변화 물질이 있습니다. 이 물질은 상변화 물질을 작은 캡슐에 내장하여 열 전달 및 저장을 더욱 효과적으로 제어할 수 있습니다. 또한, 다른 소재와 쉽게 결합할 수 있어 소재의 적용 범위와 효과를 향상시킵니다.
적용성
상변화 에너지 저장 기술은 특히 에너지 절약, 배출 감축, 그리고 신에너지 활용 분야에서 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 상변화 재료를 사용하면 실내 온도 변동을 효과적으로 줄이고, 에어컨 시스템의 쾌적성을 향상시키며, 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 산업 분야에서 상변화 에너지 저장은 열에너지 활용을 최적화하고 자원 낭비를 줄이는 중요한 방법으로 활용될 수 있습니다.
앞으로 재료 과학의 지속적인 발전과 기술 혁신의 심화에 따라 단계적 변환 에너지 저장 장치는 더 많은 분야에서 중요한 역할을 할 것입니다. 소규모 가정용 열에너지 저장 장치, 대규모 산업용 열에너지 관리 시스템, 그리고 단계적 변환 에너지 저장 기술은 친환경적이고 효율적인 에너지 활용을 달성하는 핵심 경로 중 하나입니다.
우리가 이 재료의 몇 가지 눈에 띄는 특징을 관찰한다면
1. 높은 에너지 저장 밀도: PCM은 변환 과정에서 많은 양의 잠열을 흡수하거나 방출할 수 있습니다. 공간 활용도를 향상시킵니다.
2. 온도 안정성: 상변화 과정 동안 재료 온도는 거의 변하지 않아 정밀한 온도 제어가 필요한 환경에서 큰 장점입니다.
3. 재사용성: PCM 에너지 저장 소재는 효율성 저하 없이 수천 번 재활용될 수 있습니다. 이는 수명과 신뢰성 측면에서 탁월한 제품입니다.
4. 다양한 소재 옵션: 유기 소재부터 무기염, 바이오 기반 소재까지 PCM은 다양한 유형으로 제공됩니다. 사용자 정의 및 다양한 요구에 맞춰 최적화할 수 있습니다.
5. 에너지 절약: PCM은 일상 활동에서 발생하는 폐열을 효과적으로 활용하거나 건물과 도로의 온도를 조절함으로써 에너지 소비와 온실가스 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다.
6. 신에너지에 가깝다: PCM은 태양광, 풍력 등 재생에너지 기술을 활용하여 간헐적이고 불안정한 에너지 공급 문제를 보완하고 원활한 에너지 공급을 보장합니다.
7. 전문적인 혁신적 응용 분야: 냉각 전자 장치, 태양열 온수 시스템, 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템, PCM은 새로운 응용 분야이자 가능성입니다.
"상변화 에너지 저장 기술"이란 무엇인가요?
이러한 소재는 여러 가지 흥미로운 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 에너지 효율 향상과 재생 에너지 통합 촉진에도 중요한 역할을 합니다. 기술이 지속적으로 발전함에 따라, 단계적으로 변화하는 에너지 저장 소재는 미래 에너지 환경에서 의심할 여지 없이 선도적인 역할을 할 것입니다. 우리 삶에 더욱 지속 가능한 응용 분야를 추가하세요.