Возможности метода температурной истории для оценки физико-химических свойств фазопереходных материалов на примере Zn(NO3)2·6H2O и Co(NO3)2·6H2O

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе сделан анализ основных математических моделей расчета теплоемкости и энтальпии кристаллизации по результатам измерений методом температурной истории. На примере кристаллогидратов Zn(NO3)2·6H2O и Co(NO3)2·6H2O показано, что метод температурной истории может быть применен как дополнение к методу дифференциальной сканирующей калориметрии при измерении навески вещества массой от 5 до 30 г в условиях естественного охлаждения. Определено, что наилучшим методом расчета энтальпии кристаллизации является метод термической задержки. По результатам измерений определено, что энтальпия кристаллизации Co(NO3)2·6H2O составила 131.8 Дж/г, энтальпия плавления — 131.4 Дж/г. Энтальпия кристаллизации Zn(NO3)2·6H2O составила 128.9 Дж/г, энтальпия плавления — 157.4 Дж/г. Учет вклада теплоемкости в переохлажденной области, равного 16.9 Дж/(г °C), позволяет сделать вывод о корреляции этих двух величин.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. С. Тестов

Государственный университет “Дубна”

Автор, ответственный за переписку.
Email: dima13-1994@yandex.ru
Россия, ул. Университетская, 19, Дубна, Московская обл., 141982

С. В. Моржухина

Государственный университет “Дубна”

Email: dima13-1994@yandex.ru
Россия, ул. Университетская, 19, Дубна, Московская обл., 141982

А. М. Моржухин

Государственный университет “Дубна”

Email: dima13-1994@yandex.ru
Россия, ул. Университетская, 19, Дубна, Московская обл., 141982

Список литературы

  1. Тестов Д.С., Моржухина С.В., Гашимова В.Р., Моржухин А.М., Кирюхина Г.В., Попова Е.С., Гасиев А.Л., Крюкова-Селиверстова А.В. Получение и исследование физико-химических свойств фазопереходных теплоаккумулирующих материалов на основе гексагидрата нитрата цинка // Журн. физ. химии. 2024. Т. 98. № 2. С. 11–27. https://doi.org/10.31857/S0044453724020027 /Testov D.S., Morzhukhina S.V., Gashimova V.R., Morzhukhin A.M., Kryukova-Seliverstova A.V., Denisova E.A., Sobol O.V. The informational reliability evaluation of zinc nitrate hexahydrate physicochemical properties for applied research // Russ. J. Phys. Chem. A. 2024. V. 98. № 11. P. 2415–2424. https://doi.org/10.1134/S0036024424701589
  2. Kenisarin M., Mahkamov K. Salt hydrates as latent heat storage materials: thermophysical properties and costs // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016. V. 145. P. 255–286. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.10.029
  3. Chakraborty A., Noh J., Shamberger P., Yu Ch. Unveiling real‐time crystallization with nucleators and thickeners for zinc nitrate hexahydrate as a phase change material // J. Energy Storage. 2023. V. 5. № 4. P. e417. https://doi.org/10.1002/est2.417
  4. Kumar N., Banerjee D., Chavez Jr. R. Exploring additives for improving the reliability of zinc nitrate hexahydrate as a phase change material (PCM) // J. Energy Storage. 2018. V. 20. P. 153–162. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.09.005
  5. Dixit P., Reddy V.J., Dasari A., Chattopadhyay S. Preparation of perlite based-zinc nitrate hexahydrate composite for electric radiant floor heating in model building and numerical analysis // J. Energy Storage. 2022. V. 52. P. 104804. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104804
  6. Małecka B., Łącz A., Drożdż E., Małecki A. Thermal decomposition of D-metal nitrates supported on alumina // J. Therm. Anal. Calorim. 2015. V. 119. P. 1053–1061. https://doi.org/10.1007/s10973-014-4262-9
  7. Mehling H., Ebert H.P., Schossig P. Development of standards for materials testing and quality control of PCM // 7th IIR Conf. on phase change materials and slurries for refrigeration and air conditioning. Dinan. 2006. P. 8.
  8. Yinping Z., Yi J. A simple method, the-history method, of determining the heat of fusion, specific heat and thermal conductivity of phase-change materials // Meas. Sci. Technol. 1999. V. 10. №. 3. P. 201–205. https://doi.org/10.1088/0957-0233/10/3/015
  9. Hong H., Kim S.K., Kim Y.S. Accuracy improvement of T-history method for measuring heat of fusion of various materials // Int. J. Refrig. 2004. V. 27. № 4. P. 360–366. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2003.12.006
  10. Sandnes B., Rekstad J. Supercooling salt hydrates: stored enthalpy as a function of temperature // Sol. Energy. 2006. V. 80. №. 5. P. 616–625. https://doi.org/10.1016/j.solener.2004.11.014
  11. Marín J.M., Zalba B., Cabeza L.F., Mehling H. Determination of enthalpy–temperature curves of phase change materials with the temperature-history method: improvement to temperature dependent properties // Meas. Sci. Technol. 2003. V. 14. № 2. P. 184. https://doi.org/10.1088/0957-0233/14/2/305
  12. Kravvaritis E.D., Antonopoulos K.A., Tzivanidis C. Improvements to the measurement of the thermal properties of phase change materials // Meas. Sci. Technol. 2010. V. 21. № 4. P. 045103. https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/4/045103
  13. Kravvaritis E.D., Antonopoulos K.A., Tzivanidis C. Experimental determination of the effective thermal capacity function and other thermal properties for various phase change materials using the thermal delay method // Appl. Energy. 2011. V. 88. № 12. P. 4459–4469. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.05.032
  14. Solé A., Miró L., Barreneche C., Martorell I., Cabeza L.F. Review of the T-history method to determine thermophysical properties of phase change materials (PCM) // Renewable Sustainable Energy Rev. 2013. V. 26. P. 425–436. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.05.066
  15. Huang Z., Xie N., Luo Z., Gao X., Fang X., Fang Y., Zhang Zh. Characterization of medium-temperature phase change materials for solar thermal energy storage using temperature history method // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2018. V. 179. P. 152–160. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.11.006
  16. Thonon M., Gilles F., Zalewski L., Pailha M. Analytical modelling of PCM supercooling including recalescence for complete and partial heating/cooling cycles // Appl. Therm. Eng. 2021. V. 190. P. 116751. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116751
  17. D’Avignon K., Kummert M. Assessment of T-history method variants to obtain enthalpy-temperature curves for PCMs with significant subcooling // J. Therm. Sci. Eng. Appl. 2015. V. 7. № 4. P. 041015. https://doi.org/10.1115/1.4031220
  18. Garg H.P., Mullick S.C., Bhargava V.K. Solar thermal energy storage. Dordrecht: Springer, 1985. 642 p. https://link.springer.com/book/10.1007/978-94-
  19. 009-5301-7
  20. Riesenfeld E H., Milchsack C. Versuch einer Bestimmung des Hydratationsgrades von Salzen in Konzentrierten Lösungen // Z. Anorg. Chem. 1914. V. 85. № 1. P. 401–429. https://doi.org/10.1002/zaac.19140850123
  21. Guion J., Sauzade J.D., Laügt M. Critical examination and experimental determination of melting enthalpies and entropies of salt hydrates // Thermochim. Acta. 1983. V. 67. № 2. P. 167–179. https://doi.org/10.1016/0040-6031(83)80096-3
  22. Кипер Р.А. Свойства веществ: Справочник по химии. Хабаровск, 2013. 1016 с.
  23. Aboul-Enein S., Ramadan M.R.I. Storage of low temperature heat in salt-hydrate melts for heating applications // Sol. Wind Technol. 1988. V. 5. P. 441–444. https://doi.org/10.1016/0741-983X(88)90011-2
  24. Abhat A., Aboul-Enein S., Malatidis N.A. Latent heat thermal energy storage. Determination of properties of storage media and development of a new heat transfer system (in German) // Research report № 82-016, Stuttgart, 1982. P. 193.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кривые охлаждения эталона (а), образца с фазовым переходом без переохлаждения (б).

Скачать (169KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кривая охлаждения образца с высоким переохлаждением.

Скачать (117KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схематическое представление расчета эффективной теплоемкости образца методом M.

Скачать (59KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схематическое представление расчета эффективной теплоемкости методом M для вещества с переохлаждением: (а) — образец с рассчитываемой площадью в жидкой фазе; (б) — эталон с площадью при температуре, соответствующей образцу в (а); (в) — образец с рассчитываемой площадью при фазовом переходе; (г) — эталон с площадью при температуре, соответствующей образцу в (в).

Скачать (173KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схематическое изображение способа обработки измерений методом K образца без переохлаждения.

Скачать (91KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Метод K фазопереходного образца с переохлаждением (а); эталонного образца (б).

Скачать (90KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости теплоемкости от температуры на примере Co(NO3)2·6H2O с шагом 10 (а), 20 с (б).

Скачать (85KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Кривые охлаждения Co(NO3)2·6H2O.

Скачать (76KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимости энтальпии от температуры для Co(NO3)2·6H2O, полученные методами M и K.

Скачать (71KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимости теплоемкости от температуры для Co(NO3)2·6H2O, полученные методами M и K.

Скачать (66KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Кривые охлаждения Zn(NO3)2·6H2O.

Скачать (87KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Зависимости энтальпии от температуры для Zn(NO3)2·6H2O, полученные методами M и K.

Скачать (72KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Зависимости теплоемкости от температуры для Zn(NO3)2·6H2O, полученные методом M (a), методом K (б).

Скачать (71KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025