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Dreidimensionales Drahtgeflecht steigert Dynamik
Modulare Speichereinheiten für einen Temperaturbereich von 150 bis 350 Grad Celsius rüsten und gleichzeitig hohe Energie- und Leistungsdichten erreichen, ist das erklärte Ziel der Forscher im Projekt MOSPEDRA. Dazu müssen die Wissenschaftler zunächst die Dynamik der Speichermodule steigern. Das wollen sie mit einer neuen metallischen Wärmeleitstruktur erreichen, die in ein Phasenwechselmaterial eingebettet ist.
| Projektstatus | Beendet |
|---|---|
| Speichereffekt | Phasenwechsel (Latentwärme) – Salz |
| Entwicklungsgegenstand | Modul-Speicherkonstruktion |
| Be-/Entladeeinrichtungen | Wärmeübetrager |
| Temperaturtyp | Hochtemperatur |
| Speicherung/Ladung | indirekt |
| Speicherzeit | kurz (Stunden bis Tage) |
| Zyklenzahl | > 35.000 |
| Ladetemperaturbereich | 150 bis 350 °C |
| Entladetemperaturbereich | 150 bis 350 °C |
| Speicherkapazität | noch offen |
| Energiespeicherdichte | ~ 400 MJ/m³ |
| Projektlaufzeit | April 2014 bis Juni 2017 |
Die zu entwickelnden Speichermodule nutzen das latente Wärmespeichervermögen eines sogenannten Phasenwechselmaterials (engl. Phase Change Material, PCM) während des Schmelzens beziehungsweise Erstarrens. Geeignete PCM im Temperaturbereich zwischen 150 und 350 Grad Celsius sind Salze oder Salzmischungen, die über eine sehr hohe volumenbezogenen Schmelzwärme verfügen; die Energiedichte liegt dabei bei bis zu 150 kWh/m³.
Ein wesentlicher Nachteil dieser und anderer Phasenwechselmaterialien ist jedoch deren geringe Wärmeleitfähigkeit. Durch Integration hochporöser metallischer Wärmeleitstrukturen in das PCM kann dieser Nachteil kompensiert werden.
Drahtgeflecht in PCM integriert
Neue dreidimensionale Drahtstrukturen aus gut Wärme leitenden Metallen, wie beispielsweise Aluminium und Kupfer, sind für diesen Zweck besonders geeignet. Die richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit lässt sich maßschneidern und übersteigt die des reinen PCM dann um ein Vielfaches. Damit lässt sich die Leistungsdichte des Speichermoduls in weiten Grenzen variieren.
- Energiespeicher mit hoher Leistungsdichte und schnellen Zykluszeiten
- PCMs und Drahtstrukturen vorhanden
- Aufgabe: Abstimmung der Einzelkomponenten aufeinander mit Hinblick auf gute Wärmeleitung und Korrosionsverträglichkeit aller Komponenten
Forschungsfokus und Optimierung
Verwendung von offenzeligen Strukturen in Form von Drahtstrukturen zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der zur Wärmespeicherung notwendigen PCM-Salze:
- schnelle PCM Speicher
- kürzere Zykluszeiten
- modulare Bauweise (individualisierbar)
- Nutzung von Simulationssoftware zur Auslegung und Berechnung
Verbundpartner teilen sich die Aufgaben
- Erstellung einer Anforderungsspezifikation des geplanten Speichers mit allen Projektpartnern
- Entwicklung und Herstellung der 3D Drahtstrukturen einschließlich Beschichtung und Fügetechnik
- Korrosionsprüfung und Ermittlung relevanter Kennwerte und Werkstoffgesetze
- Rechnerische Vordimensionierung der Speichermodule und Wärmeübertrager mittels Simulation
- Aufbau eines Funktionsmusterprüfstandes, Aktualisierung der Anforderungen
- Prüfungen der Funktionsmuster sowie iterative Verbesserung dieser
- Auswertung der Funktionsmuster-Prüfungen, technische und wirtschaftliche Bewertung
