Получение и исследование физико-химических свойств фазопереходных теплоаккумулирующих материалов на основе гексагидрата нитрата цинка

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе получены и исследованы теплоаккумулирующие материалы на основе гексагидрата нитрата цинка Zn(NO3)2·6H2O с добавлением загустителей (поливинилового спирта ПВС, карбоксиметилцеллюлозы КМЦ), зародышеобразователей Co(NO3)2·6H2O, ZnO и расширенного графита. Получено несколько составов с различным соотношением компонентов. Суммарная теплота ΣΔH при остывании лучшего по характеристикам состава 95% Zn(NO3)2∙6H2O + 5% Co(NO3)2∙6H2O) + 1% КМЦ + 1% EGгидр составляет более 500 Дж/г в температурном диапазоне от 80 до 25 °C с температурой плавления 38 °C, теплотой плавления ΔHm 142.8 Дж/г и суммарной плотностью накопления тепла ΣS, равной 1100 МДж/м3. Испытания в тепловом аккумуляторе 4 кг состава показали время разрядки τ=6 ч 40 мин со стабильной температурой теплоносителя 29 °C. Состав 95% Zn(NO3)2∙6H2O + 5% Co(NO3)2∙6H2O) + 1% КМЦ + 1% EGгидр с температурой кристаллизации 30.4 °C и временем разрядки τ в тепловом аккумуляторе 3 ч. Предлагаемые составы могут быть использованы в тепловых аккумуляторах систем отопления, системе теплого пола, для предпускового прогрева двигателей автомобилей за счет накопленного в рабочий период времени тепла, систем охлаждения.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. С. Тестов

Государственный университет «Дубна»

Author for correspondence.
Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

С. В. Моржухина

Государственный университет «Дубна»

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

В. Р. Гашимова

Государственный университет «Дубна»

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

А. М. Моржухин

Государственный университет «Дубна»

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

Г. В. Кирюхина

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт экспериментальной минералогии им. акад. Д.С. Коржинского РАН

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Москва; Черноголовка

Е. С. Попова

Государственный университет «Дубна»

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

А. Л. Гасиев

Государственный университет «Дубна»

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

А. В. Крюкова-Селиверстова

Государственный университет «Дубна»

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

К. Н. Гринь

Государственный университет «Дубна»

Email: dima13-1994@yandex.ru
Russian Federation, Дубна

References

  1. Моржухин А.М., Тестов Д.С., Моржухина С.В., Корокин В.Ж. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019. № 22–27. C. 92. doi: 10.15518/isjaee.2019.22-27.092-106
  2. Моржухин А.М., Моржухина С.В., Назмитдинов Р.Г., Мойа-Полл А. // Вестн. Международного университета природы, общества и человека «Дубна». Серия: Естественные и инженерные науки. 2016. № 4(36). С. 24.
  3. Morzhukhin A.M., Testov D.S., Morzhukhina S.V. // Materials of Science Forum. 2020. V. 989. P. 165. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.989.165' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.989.165
  4. Kenisarin M., Mahkamov K. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016. V. 145. P. 255.
  5. McMurdie H.F., Morris M.C., Evans E.H., Paretzkin B., de Groot J.H. // Nat. Bur. of Stand. 1975. Sec. 12. P. 88.
  6. Моржухин А.М., Решетников А.Г., Евсеев А.Э. и др. // Сб. трудов Всероссийской конференции с международным участием 18–19 апреля. Дубна. 2019. С. 118.
  7. Kumar N., Banerjee D., Chaves R. Jr. // J. Energy Storage. 2018. V. 20. P. 153. doi: 10.1016/j.est.2018.09.005.
  8. Sharma A., Tyagi V.V., Chen C.R., Buddhi D. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2009. V. 13. P. 318. doi: 10.1016/J.RSER.2007.10.005
  9. Данилин В.Н., Долесов А.Г., Петренко Р.А. Теплоаккумулирующий состав на основе кристаллогидрата нитрата цинка: № 983134. 1982. № 10. C. 2.
  10. Guion J., Sauzade J.D., Laügt M. // Thermochim. Acta 1983. V. 67. № 2. P. 167.
  11. Lane G. // Int. J. Ambient Energy. 1980. V. 1. P. 155.
  12. Aboul-Enein S., Ramadan M.R.I. // Sol. Wind Technol. 1988. V. 5. P. 441.
  13. Abhat A., Aboul-Enein S., Malatidis N.A. // Forschungsbericht. 1982. V. 82–016. P. 193.
  14. Jain S.K. // J. Chem. Eng. Data 1978. V. 23(2). P. 170.
  15. Jain S.K., Tamamuski R. // Can. J. Chem. 1980. V. 58. № 16. P.1697.
  16. Voigt W., Zeng D. // Pure Appl. Chem. 2002.V. 74. № 10. P. 1909.
  17. Patil N.D. // Int J Eng Sci Technol. 2012. V. 4. № 2502. P. 9.
  18. Моржухина С.В., Моржухин А.М., Тестов Д.С. Базы данных свойств теплоаккумулирующих материалов для систем отопления и горячего водоснабжения (БД ТАМ). № 2020621948. 2020. 6.95 МБ.
  19. Мозговой А.Г., Шпильрай Э.Э., Дибиров М.А и др. Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов. Кристаллогидраты: Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. М.: ИВТАН, 1990. С. 105.
  20. Zalba B., Marı́n J.M., Cabeza L.F., Mehling H. // Appl. Therm. Eng. 2003. V. 23. P. 251. doi: 10.1016/S1359-4311(02)00192-8.
  21. Mehling H., Cabeza L.F. // Springer. 2008. P. 308. doi: 10.1007/978-3-540-68557-9.
  22. Cabeza L.F., Castell A., Barreneche C.D. et al. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2011. V. 15. P. 1675.
  23. Socaciu L.G. // LEJPT. 2012. № 20. P. 75.
  24. Pielichowska K., Pielichowski K. // Prog. Mater. Sc. 2014. V. 65. P. 67.
  25. Khan Z., Ghafoor A. // Energy Convers. Manag. 2016. V. 115. P. 132.
  26. Kenisarin M., Mahkamov K. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016. V. 145. P. 255.
  27. Xie N., Huang Zh., Luo Z. et al. // Appl. Sci. 2017. V. 7. P. 1317. doi: 10.3390/app7121317.
  28. Wong-Pinto L.-Si., Milian Y., Ushak S. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2020. V. 122. P. 109727.
  29. Cunha J.P., Eames Ph. // Appl. Energy. 2016. V. 177. P. 227.
  30. Ehrhardt C., Gjikaj M., Brockner W. // Thermochimica Acta. 2005. V. 432. № 1. P. 36.
  31. Petrov K. et al. //J. of Solid-State Chem. 1992. V. 101. № 1. P. 145.
  32. Yinping Z., Yi J. // Meas Sci and Technol. 1999. V. 10(3). P. 201. doi: 10.1088/0957-0233/10/3/015.
  33. Huang Z. et al. // Sol Energy Mat. and Sol. Cells. 2018. V. 179. P. 152.
  34. Theresa L., Vetraj R. // Mat. Res. Exp. 2019. V. 6. № 12. P. 125527.
  35. Khadiran N. F. et al. // J. of Porous Mat. 2021. V. 28. P. 1797.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. General scheme of preparation of all compositions.

Download (88KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Experimental diffractograms of TAM 1-series and individual crystalline hydrates.

Download (374KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Experimental diffractograms of TAM 2-series and individual crystalline hydrates.

Download (457KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. IR spectrum of 95%Zn(NO3)2-6H2O + 5%Co(NO3)2-6H2O + 1%EG + 1%CMC: a - Zn(NO3)2-6H2O/Co(NO3)2-6H2O model mixture; b - 2nd series before thermocycling; c - 2nd series after thermocycling; d - 3rd series before thermocycling; e - 3rd series after thermocycling.

Download (333KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. CR spectrum of 95%Zn(NO3)2-6H2O + 5%Co(NO3)2-6H2O + 1%EG + 1%CMC: a - model mixture Zn(NO3)2-6H2O/Co(NO3)2-6H2O; b - 2nd series before thermocycling; c - 2nd series after thermocycling; d - 3rd series before thermocycling; e - 3rd series after thermocycling.

Download (441KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependences of heat flux on composition temperature 5 before/after 9 heating cycles in the 2nd series.

Download (377KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependences of heat capacity on temperature: a) compositions 5 and 8 in the 2nd and 3rd series; b) compositions 9 and 10 up to 9 heating cycles in the 1st and 3rd series.

Download (152KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Cooling curves of: a) Composition 9 during 9 heating/cooling cycles in series 1; b) Composition 10 during 9 heating/cooling cycles in series 1; t - discharge time.

Download (104KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Cooling curves during 9 heating/cooling cycles: a) Composition 1 in series 1; b) Composition 5 in series 2; c) Composition 8 in series 3.

Download (217KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Cooling curve of composition 8 in the experimental thermal accumulator.

Download (71KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Cooling curve of composition 10 in the experimental thermal accumulator.

Download (67KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences