Wärme-Kälte-Speicher: Stabilisierung von Wärmespeichergranulaten für Kalt- und Heißanwendungen durch nanoskalige Adsorbensen und Aufbau von Verbundstrukturen

In dem Forschungsvorhaben „Wärme-Kälte-Speicher“  sollen polymergebundene, ausblutungsfreie und funktionalisierte Wärmespeichermaterialien auf Basis organischer Phasenwechselmaterialien (PCM) entwickelt werden.

Die intrinsische Verbesserung der Bindung der PCMs an die polymere Matrix zu ausblutungsfreien Compounds soll durch die Verwendung nanoskaliger, organisch modifizierter Schichtsilikate in Verbindung mit funktionalisierten organischen PCMs in Form von langkettigen Alkoholen und Fettsäuren erfolgen. Die extrinsische Verbesserung des Ausblutungsverhaltens soll über spezielle Verfahren der Mehr-Komponenten-Folienextrusion, dem Mehr-Komponenten-Spritzguß, sowie in-situ-Folienkaschierung erfolgen

Ergebnisse

Durch das Forschungsvorhaben konnten polymergebundene, ausblutungsstabile und funktionalisierende Wärmespeichermaterialien entwickelt werden. Die Kombination von polaren und unpolaren Di- und Tri-Blockcopolymeren ermöglicht eine stabile Bindung von Paraffin-Derivaten durch eine optimierte Neztwerk- sowie Domänenbildung. In Kombination mit ZnO, das zum Ausgleich der Dichteverhältnisse dient, konnte ein auslaufsicheres Granulat zur Verwendung in einen wassergeführten Pufferspeichert entwickelt werden. Bei dem Einsatz von nanoskaligen, organisch modifizierten Schichtsilikaten in Verbindung mit funktionalisierten organischen PCMs in Form von langkettigen Alkoholen und Fettsäuren konnten keine ausblutungsfreie PCM-Compounds hergestellt werden. Die nach der Dispersion von Schichtsilikaten und PCMs auftretende Entmischung ermöglichte u.a. keine Herstellung eines auslaufsicheren PCM-Compounds. Durch die entwickelte Grundrezeptur aus Blockpolymeren und  Paraffin-Derivaten konnten erfolgreich mehrschichtige PCM-Verbund-Platten sowie Folien bestehend aus Aluminium und Polyamid hergestellt werden. Diese können kontinuierlich über die In-situ-Kaschierung mittels Plattenextrusion bis zu einer Dicke von 5mm gefertigt werden. Durch eine effektive Einarbeitung von 5Vol.% Graphit als Additiv wurde die Wärmeleitfähigkeit 0,2 auf 0,64 W/m*K gesteigert (Messung mittels Nanoflash-Methode). Die in diesem Projekt erreichten Ergebnisse ermöglichten den Aufbau eines auslaufsicheren, plattenförmigen Wärmespeichers mit optional verbesserter Wärmeleitfähigkeit

Anwendungen

Das entwickelte PCM-Compound kann in den Bereichen eingesetzt werden, in denen in kurzer Zeit überschüssige Energien anfallen, die in Form von Wärme bzw. Kälte gespeichert wird. Das hergestellte Granulat kann beispielsweise in einen wassergeführten Pufferspeicher, der über eine Solarthermieanlage oder eine Wärmepumpe gespeist wird, verwendet werden.

Die entwickelten PCM-Verbund-Platten können als Wärmespeicher (thermischer Plattenspeicher) zur Raumklimatisierung eingesetzt werden.

Durch die individuelle Formbarkeit des PCM-Compounds sind weitere Einsatzbereiche die Automobilbranche, die Medizintechnik oder auch die Hausgerätebranche