Shape‐Stabilization of Phase Change Materials with Carbon‐Conscious Poly(hydroxy)Urethane Foams

材料科学 相变 相(物质) 碳纤维 复合材料 聚氨酯 化学工程 形状变化 纳米技术 高分子科学 工程物理 有机化学 复合数 化学 进化生物学 工程类 生物
作者
Minjung Lee,Samuel D. Dahlhauser,Chloe Lucci,Bryon S. Donohoe,Robert D. Allen,Nicholas A. Rorrer
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202421039
摘要

Abstract Thermal energy regulation is a significant challenge, contributing to over 30% of annual greenhouse gas emission (GHG) emissions. Phase change materials (PCMs) offer a promising solution by storing thermal energy, which can enable the reuse of waste heat for heating and cooling; however, developing materials for shape‐stabilized PCMs remains crucial. This work investigates a self‐foaming poly(hydroxy)urethane (PHU), derived from a non‐isocyanate polyurethane (NIPU), as a porous support for shape‐stabilizing paraffinic and salt hydrate PCMs. PHU‐encapsulated paraffinic PCMs exhibited excellent thermal stability over repeated cycles. Thermal stability with salt hydrate PCMs, specifically calcium chloride hexahydrate (CaCl 2 •6H 2 O), is achieved by the incorporation of 5 wt.% barium carbonate (BaCO 3 ) into the PHU foam. This enabled stable cycling for over 48 cycles with desirable thermal properties, i.e., a melting point ≈30 °C, high enthalpy (ca. 138 J g −1 per cycle), and a consistent freezing point ≈20 °C, making it suitable for applications in buildings and electric vehicle battery insulation. Also, incorporating graphite (1.5–10 wt.%) into the foam enhanced the thermal conductivity of shape‐stabilized CaCl 2 •6H 2 O during heating and cooling cycles. Overall, the approach detailed here offers a carbon‐conscious and chemically tunable material for thermal energy storage.

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