Термоакумулювальні матеріалами з фазовим переходом: проблеми та перспективи застосування

Анотація

У представленій роботі проведено комплексний аналіз сучасного стану та перспектив інтеграції об’єктів ВДЕ, зокрема сонячної енергетики, як базового інструменту для суттєвого підвищення рівня загальної енергоефективності національної економіки та мінімізації негативного антропогенного впливу на навколишнє природне середовище. Одним із головних бар'єрів, що стримує масове впровадження сонячних та вітрових потужностей у загальну мережу, є стохастичний характер їхньої генерації та пряма залежність від погодних умов. Для нівелювання дисбалансу між періодами пікового виробництва енергії та реальним її споживанням обґрунтовано ключову роль інноваційних систем акумулювання. У цьому контексті проведено ґрунтовний порівняльний аналіз термоакумулювальних матеріалів (ТАМ) із фазовим переходом, які здатні акумулювати значну кількість прихованої теплоти під час плавлення та вивільняти її під час кристалізації. Особливу увагу в дослідженні приділено групі органічних термоакумулювальних матеріалів на основі парафінів, які вирізняються серед аналогів хімічною інертністю, стабільністю властивостей, відсутністю ефекту значного переохолодження та низькою корозійною активністю щодо конструкційних матеріалів. Проте суттєвим технологічним недоліком чистих парафінів залишається їхня низька теплопровідність, що критично обмежує швидкість процесів зарядки та розрядки теплових акумуляторів. Як метод інтенсифікації теплообміну в роботі детально розглянуто створення композиційних структур із використанням вуглецевих наноструктур, таких як графен, вуглецеві нанотрубки та нанографіт. Особливий акцент зроблено на важливості розробки та впровадження стандартизованих методик приготування таких композитів, що дозволяє запобігти агломерації наночастинок у матриці матеріалу, забезпечити гомогенність структури та зберегти високі показники ентальпії фазового переходу. Крім теоретичних аспектів, розглянуто широкий спектр практичного застосування матеріалів із фазовим переходом: від впровадження в огороджувальні конструкції будівель для створення систем пасивної терморегуляції та використання в сільському господарстві для обігріву теплиць, до застосування у харчовій промисловості та для термостабілізації високонавантаженого серверного обладнання. У підсумку визначено найбільш перспективні напрямки подальших наукових пошуків, що пов’язані із забезпеченням циклічної стабільності композиційних ТАМ при тривалому термоциклюванні, що є обов'язковою умовою для їх успішної комерціалізації та тривалої експлуатації в реальному секторі енергетики