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Thermischer Speicher
BMBF
Organische PCM 5.9.2016

Die Abbildung zeigt den Vergleich der Unterkühlung bei Paraffin als Bulk und emulgiert.
© Fraunhofer ISE

Phasenwechsel-Material wird kristallisiert

Bei mikroverkapselten oder emulgierten organischen

Phasenwechselmaterialien liegt die Erstarrungstemperatur häufig deutlich

unterhalb der Schmelztemperatur. Diese sogenannte Unterkühlung ist für

viele Anwendungen hinderlich. Mit systematischen Untersuchungen wollten

Forscher ein grundlegendes Verständnis der physikalischen

Gesetzmäßigkeiten erlangen. Auf Basis der experimentellen Ergebnisse

entwickelten sie Modelle, die eine Vorhersage der

Kristallisationseigenschaften erlauben.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Phasenwechsel Latentwärme
Projektlaufzeit September 2012 bis August 2016

Eines der grundlegenden Probleme, Phasenwechsel-Materialien zur Anwendung zu bringen, ist oft der Effekt der Unterkühlung, der einen breiteren Einsatz dieser sonst sehr vielversprechenden Technologie verhindert. Im Rahmen dieses Projektes sollen systematische Untersuchung des Unterkühlungsverhaltens von organischen PCM durchgeführt werden. Ziel des Vorhabens ist, ein grundlegendes und anwendbares Verständnis der Mechanismen von Unterkühlung und Keimbildung insbesondere in mikroverkapselten PCM und PCM-Emulsionen zu erlangen. So wird zukünftig eine gezielte Verbesserung der Eigenschaften von organischen PCM möglich, was die Erschließung neuer Anwendungsfelder für effiziente Energiespeicherung erlauben wird.

Forschungsfokus

Mit dem Projekt MIKOPUK wird gezielt die Unterkühlung von mikrokompartimentierten PCM, insbesondere von mikroverkapselten und emulgierten organischen PCM untersucht. Im Vordergrund steht die Frage nach den Mechanismen, die zur Unterkühlung führen. Das Ziel ist, ein Modell für die Unterkühlungsmechanismen zu entwickeln um in Zukunft z. B. Aussagen über geeignete Materialkombinationen treffen zu können.

Nach der Mikroverkapselung und Emulgierung von organischen PCM tritt häufig eine starke Unterkühlung der PCM auf. Dies verhindert oft eine Anwendung der Materialien. Mit dem Projekte MIKOPUK soll ein grundlegendes Verständnis der hierfür verantwortlichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten entwickelt werden. Das Projekt wird vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und dem Zentrum für angewandte Energieforschung in Bayern (ZAE Bayern) durchgeführt. Die Laufzeit des Projektes beträgt vier Jahre.

Projekt in drei Phasen

Im ersten Jahr werden die Methoden erarbeitet, um organische PCM mit verschiedenen Materialien zu verkapseln bzw. mittels verschiedener Tenside zu emulgieren. Im zweiten Jahr werden mikroverkapselte und emulgierte organische PCM gezielt hergestellt, um Charakterisierungsmethoden für die Unterkühlung zu entwickeln. Im dritten und vierten Jahr werden aus den Ergebnissen der Charakterisierung Modelle entwickelt, die die Unterkühlung bei verschiedenen Materialkombinationen (PCM, Kaspel, Tenside) beschreiben und eine Voraussage der Kristallisationseigenschaften bei mikrokompartimentierten organischen PCMs ermöglichen werden.

Wirtschaftlichkeit

In diesem Teilvorhaben werden durch das ISE die mikrokompartimentierten PCM hergestellt. Hierfür sollen verschiedene Materialkombinationen aus Kapselhüllmaterial bzw. Tensiden und PCM zum Einsatz kommen. Nach der Herstellung der Mikrokompartimente wird ihr Schmelz- und Kristallisationsverhalten mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) untersuch, um Korrelationen zwischen den verwendeten PCMs, Kapselmaterialien bzw. Tenside und Größeklassen zu ermitteln. Das Ziel ist aus diesen Ergebnissen ein Modell der Unterkühlung dieser Materialien zur entwickeln.

Hier wird das Kristallisationsverhalten von mikrokompartimentierten organischen PCM mittels Polarisationsmikroskop beim Projektpartner ZAE Bayern untersucht. Damit kann die Kristallisation einzelner Kompartimente beobachtet und einer Größe zugeordnet werden. Durch einen Vergleich mit den Ergebnissen der DSC-Charakterisierung können so gezielt Korrelationen zwischen dem Verlauf einer Kristallisation, der verwendeten Materialien und der Größe eines Kompartiments ermittelt werden.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

22. August 2017
Intersolar South America

12. September 2017
Energiespeicher & Energieeffizienz 2017

21. September 2017
Elektromobilität im ÖPNV

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Projektadressen

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.