Enhancing solar photothermal conversion and energy storage with titanium carbide (Ti3C2) MXene nanosheets in phase-change microcapsules

材料科学 差示扫描量热法 热能储存 化学工程 扫描电子显微镜 光热治疗 纳米技术 复合材料 生态学 生物 热力学 物理 工程类
作者
Kuan Zhao,Zhixiong Guo,Jifen Wang,Huaqing Xie
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:650: 1591-1604 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.07.114
摘要

We propose to enhance photothermal conversion via doping titanium carbide (Ti3C2) MXene nanosheets on the surfaces of phase-change microcapsules consisted of the n-Octadecane core and styrene divinylbenzene copolymer shell. Detected by scanning electron microscopy, the microcapsules showed a usually circular form with an appropriate dispersion. The thermal properties of the microcapsules were characterized using the differential scanning calorimetry and thermal conductivity instruments, realizing an excellent phase-change enthalpy of around 140 J/g, high encapsulation ratio of over 64 %, good heat transfer of 0.294 ± 0.003 W/(m·K), and great thermal reliability. More importantly, the microcapsules doped with Ti3C2 MXene nanosheets reach a solar-to-heat conversion efficiency of 85 ± 7 %, a substantial enhancement by 240 % in comparison with non-doping sample. The Ti3C2 MXene-doped microcapsules with excellent heat storage and solar-to-heat conversion capabilities offer great potential for high-efficiency solar energy utilization and can be applied to thermal energy storage systems and direct absorption solar collectors.
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