High-performance thermal energy storage and thermal management via starch-derived porous ceramics-based phase change devices

材料科学 热导率 复合材料 多孔性 共晶体系 陶瓷 相变材料 热能储存 多孔介质 热的 微观结构 热力学 物理
作者
Yanan Song,Qiao Xu,Xianglei Liu,Yimin Xuan,Yulong Ding
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier]
卷期号:197: 123337-123337 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123337
摘要

Low thermal conductivity and leakage of phase change materials (PCMs) have severely limited their applications in thermal energy storage and thermal management of electronic devices. Here, we propose starch-derived porous SiC ceramics to achieve high thermal conductivity and prevent leakage of PCMs simultaneously. Porous SiC ceramics with high thermal conductivity of 30 W/m-K at high porosity of 80% are obtained, benefiting from directional pore structures and dense grains enabled via facile directional freeze-drying of starch combined with liquid silicon infiltration technology. Thermal conductivity and thermal energy storage density of SiC/paraffin composite PCMs (CPCMs) attenuated only slightly by 2.75% and 2.80% after 500 repeated heating-cooling cycles, respectively, confirming their longevity and good stability. The phase change enthalpy achieves 331.56 J/g with high thermal conductivity of 24.27 W/m-K maintained by replacing paraffin with LiOH-LiF eutectics. When applying into transient cooling of high-power chips, the chip temperature is 10 ℃ lower if replacing traditional copper by porous SiC/paraffin CPCMs as a cooling medium. Our work demonstrates a promising route to realize efficient thermal energy storage and thermal management of high-power electronics via starch-derived porous ceramics-based phase change devices.
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