감미료를 강화하면 열에너지 저장 능력이 향상됩니다.

낭비되는 열에너지를 보다 효율적으로 활용하기 위해 ‘상변화물질(PCM)’을 사용하는 것은 좋은 선택입니다. PCM은 잠열 용량이 크며 한 물질 상태에서 다른 물질 상태로 바뀔 때 열을 저장하고 방출하는 능력을 가지고 있습니다. 많은 PCM 중에서 일반적으로 감미료로 사용되는 유기 화합물의 일종인 당 알코올(SA)은 저비용, 무독성, 비부식성 및 생분해성 특성으로 인해 두드러집니다. 특히 SA의 녹는점은 일반적으로 100~200°C 사이로, 이는 다량의 폐열이 존재하지만 현재 우리 세계에서 폐기되고 있는 중요한 온도 범위입니다.

그러나 SA는 일반적으로 융점보다 훨씬 낮은 온도에서도 고형화되지 않고 액체 상태로 유지되는 과냉각 문제를 겪습니다. 과냉각은 품질 저하로 이어집니다(또는 “엑서지“) 저온의 열 에너지는 유용성이 떨어지기 때문에 저장된 열 에너지입니다. (참고: 실온의 열 에너지는 아무리 많이 존재하더라도 완전히 쓸모가 없습니다.)

이제 새로운 연구에서 Yoichi Murakami 교수가 이끄는 Tokyo Institute of Technology(Tokyo Tech)의 연구원들은 SA를 공유 유기 골격(COF) 결정에 가두는 것이 과냉각 문제를 효과적으로 해결한다는 것을 발견했습니다. 그들의 연구 결과는 저널에 게재되었습니다. 머티리얼 지평열 저장 재료로서 SA에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다.

“우리는 저장된 열에너지의 저하로 이어지는 과냉각 문제를 획기적으로 완화하여, 이전보다 훨씬 높은 온도에서 저장된 열에너지를 회수할 수 있는 새로운 소재 개념을 제안합니다.” 우리는 풍부하고 무독성이며 저렴한 SA를 기반으로 새로운 종류의 솔리드 스테이트 PCM 장치를 만들었습니다. “

일반적으로 SA 중 하나인 D-만니톨(Man)은 녹는점이 167°C이지만 일반적으로 약 80~120°C의 임의 온도에서 고체화되며 이는 약 47~87°C의 상당한 과냉각입니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구진은 가장 일반적인 COF 중 하나인 COF-300의 인간 결정을 도입했습니다. 그들은 COF에 갇힌 인간의 녹는 온도가 약 150~155°C인 반면, COF에 갇힌 인간의 동결은 130~145°C보다 약간 낮은 온도 범위에서 자주 발생한다는 사실을 발견했습니다. 따라서 과냉각은 10~20°C까지만 억제되었는데, 이는 이전 과냉각이 약 47~87°C였던 것에 비해 훨씬 낮은 수준이다.

Murakami 교수는 “이러한 결과는 Man-COF의 융합 동결 주기가 중요하거나 무작위적인 과냉각 없이 130~155°C의 좁은 온도 범위 내에서 발생한다는 것을 나타냅니다.”라고 COF 감금의 발견된 효과를 강조하면서 말했습니다.

누구에 따르면 출판된 논문이전 연구는 고체 PCM을 형성하기 위해 나노다공성 실리카 및 알루미나와 같은 고체 무기 다공성 물질의 SA로 제한되었지만 SA의 과냉각 문제를 해결하지 못했습니다. COF는 유연한 다공성 물질일 뿐만 아니라 이전 무기 나노물질에서 발견된 것보다 훨씬 더 작은 기공(1나노미터 규모)을 포함합니다. 본 연구는 효율적인 열 에너지 저장을 위한 친환경 저비용 SA를 기반으로 하는 새로운 종류의 고체 열 저장 재료에 대한 길을 열 것으로 기대됩니다.