Возможности метода температурной истории для оценки физико-химических свойств фазопереходных материалов на примере Zn(NO3)2·6H2O и Co(NO3)2·6H2O

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

В работе сделан анализ основных математических моделей расчета теплоемкости и энтальпии кристаллизации по результатам измерений методом температурной истории. На примере кристаллогидратов Zn(NO3)2·6H2O и Co(NO3)2·6H2O показано, что метод температурной истории может быть применен как дополнение к методу дифференциальной сканирующей калориметрии при измерении навески вещества массой от 5 до 30 г в условиях естественного охлаждения. Определено, что наилучшим методом расчета энтальпии кристаллизации является метод термической задержки. По результатам измерений определено, что энтальпия кристаллизации Co(NO3)2·6H2O составила 131.8 Дж/г, энтальпия плавления — 131.4 Дж/г. Энтальпия кристаллизации Zn(NO3)2·6H2O составила 128.9 Дж/г, энтальпия плавления — 157.4 Дж/г. Учет вклада теплоемкости в переохлажденной области, равного 16.9 Дж/(г °C), позволяет сделать вывод о корреляции этих двух величин.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Д. Тестов

Государственный университет “Дубна”

Autor responsável pela correspondência
Email: dima13-1994@yandex.ru
Rússia, ул. Университетская, 19, Дубна, Московская обл., 141982

С. Моржухина

Государственный университет “Дубна”

Email: dima13-1994@yandex.ru
Rússia, ул. Университетская, 19, Дубна, Московская обл., 141982

А. Моржухин

Государственный университет “Дубна”

Email: dima13-1994@yandex.ru
Rússia, ул. Университетская, 19, Дубна, Московская обл., 141982

Bibliografia

  1. Тестов Д.С., Моржухина С.В., Гашимова В.Р., Моржухин А.М., Кирюхина Г.В., Попова Е.С., Гасиев А.Л., Крюкова-Селиверстова А.В. Получение и исследование физико-химических свойств фазопереходных теплоаккумулирующих материалов на основе гексагидрата нитрата цинка // Журн. физ. химии. 2024. Т. 98. № 2. С. 11–27. https://doi.org/10.31857/S0044453724020027 /Testov D.S., Morzhukhina S.V., Gashimova V.R., Morzhukhin A.M., Kryukova-Seliverstova A.V., Denisova E.A., Sobol O.V. The informational reliability evaluation of zinc nitrate hexahydrate physicochemical properties for applied research // Russ. J. Phys. Chem. A. 2024. V. 98. № 11. P. 2415–2424. https://doi.org/10.1134/S0036024424701589
  2. Kenisarin M., Mahkamov K. Salt hydrates as latent heat storage materials: thermophysical properties and costs // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016. V. 145. P. 255–286. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.10.029
  3. Chakraborty A., Noh J., Shamberger P., Yu Ch. Unveiling real‐time crystallization with nucleators and thickeners for zinc nitrate hexahydrate as a phase change material // J. Energy Storage. 2023. V. 5. № 4. P. e417. https://doi.org/10.1002/est2.417
  4. Kumar N., Banerjee D., Chavez Jr. R. Exploring additives for improving the reliability of zinc nitrate hexahydrate as a phase change material (PCM) // J. Energy Storage. 2018. V. 20. P. 153–162. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.09.005
  5. Dixit P., Reddy V.J., Dasari A., Chattopadhyay S. Preparation of perlite based-zinc nitrate hexahydrate composite for electric radiant floor heating in model building and numerical analysis // J. Energy Storage. 2022. V. 52. P. 104804. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104804
  6. Małecka B., Łącz A., Drożdż E., Małecki A. Thermal decomposition of D-metal nitrates supported on alumina // J. Therm. Anal. Calorim. 2015. V. 119. P. 1053–1061. https://doi.org/10.1007/s10973-014-4262-9
  7. Mehling H., Ebert H.P., Schossig P. Development of standards for materials testing and quality control of PCM // 7th IIR Conf. on phase change materials and slurries for refrigeration and air conditioning. Dinan. 2006. P. 8.
  8. Yinping Z., Yi J. A simple method, the-history method, of determining the heat of fusion, specific heat and thermal conductivity of phase-change materials // Meas. Sci. Technol. 1999. V. 10. №. 3. P. 201–205. https://doi.org/10.1088/0957-0233/10/3/015
  9. Hong H., Kim S.K., Kim Y.S. Accuracy improvement of T-history method for measuring heat of fusion of various materials // Int. J. Refrig. 2004. V. 27. № 4. P. 360–366. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2003.12.006
  10. Sandnes B., Rekstad J. Supercooling salt hydrates: stored enthalpy as a function of temperature // Sol. Energy. 2006. V. 80. №. 5. P. 616–625. https://doi.org/10.1016/j.solener.2004.11.014
  11. Marín J.M., Zalba B., Cabeza L.F., Mehling H. Determination of enthalpy–temperature curves of phase change materials with the temperature-history method: improvement to temperature dependent properties // Meas. Sci. Technol. 2003. V. 14. № 2. P. 184. https://doi.org/10.1088/0957-0233/14/2/305
  12. Kravvaritis E.D., Antonopoulos K.A., Tzivanidis C. Improvements to the measurement of the thermal properties of phase change materials // Meas. Sci. Technol. 2010. V. 21. № 4. P. 045103. https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/4/045103
  13. Kravvaritis E.D., Antonopoulos K.A., Tzivanidis C. Experimental determination of the effective thermal capacity function and other thermal properties for various phase change materials using the thermal delay method // Appl. Energy. 2011. V. 88. № 12. P. 4459–4469. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.05.032
  14. Solé A., Miró L., Barreneche C., Martorell I., Cabeza L.F. Review of the T-history method to determine thermophysical properties of phase change materials (PCM) // Renewable Sustainable Energy Rev. 2013. V. 26. P. 425–436. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.05.066
  15. Huang Z., Xie N., Luo Z., Gao X., Fang X., Fang Y., Zhang Zh. Characterization of medium-temperature phase change materials for solar thermal energy storage using temperature history method // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2018. V. 179. P. 152–160. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.11.006
  16. Thonon M., Gilles F., Zalewski L., Pailha M. Analytical modelling of PCM supercooling including recalescence for complete and partial heating/cooling cycles // Appl. Therm. Eng. 2021. V. 190. P. 116751. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116751
  17. D’Avignon K., Kummert M. Assessment of T-history method variants to obtain enthalpy-temperature curves for PCMs with significant subcooling // J. Therm. Sci. Eng. Appl. 2015. V. 7. № 4. P. 041015. https://doi.org/10.1115/1.4031220
  18. Garg H.P., Mullick S.C., Bhargava V.K. Solar thermal energy storage. Dordrecht: Springer, 1985. 642 p. https://link.springer.com/book/10.1007/978-94-
  19. -5301-7
  20. Riesenfeld E H., Milchsack C. Versuch einer Bestimmung des Hydratationsgrades von Salzen in Konzentrierten Lösungen // Z. Anorg. Chem. 1914. V. 85. № 1. P. 401–429. https://doi.org/10.1002/zaac.19140850123
  21. Guion J., Sauzade J.D., Laügt M. Critical examination and experimental determination of melting enthalpies and entropies of salt hydrates // Thermochim. Acta. 1983. V. 67. № 2. P. 167–179. https://doi.org/10.1016/0040-6031(83)80096-3
  22. Кипер Р.А. Свойства веществ: Справочник по химии. Хабаровск, 2013. 1016 с.
  23. Aboul-Enein S., Ramadan M.R.I. Storage of low temperature heat in salt-hydrate melts for heating applications // Sol. Wind Technol. 1988. V. 5. P. 441–444. https://doi.org/10.1016/0741-983X(88)90011-2
  24. Abhat A., Aboul-Enein S., Malatidis N.A. Latent heat thermal energy storage. Determination of properties of storage media and development of a new heat transfer system (in German) // Research report № 82-016, Stuttgart, 1982. P. 193.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Cooling curves of the reference (a) and sample with phase transition without supercooling (b).

Baixar (169KB)
Metadados
3. Fig. 2. Cooling curve of the sample with high supercooling.

Baixar (117KB)
Metadados
4. Fig. 3. Schematic representation of effective heat capacity calculation using Method M.

Baixar (59KB)
Metadados
5. Fig. 4. Schematic representation of effective heat capacity calculation using Method M for supercooled substance: (a) sample with area in liquid phase; (b) reference at temperature corresponding to (a); (c) sample with area at phase transition; (d) reference at temperature corresponding to (c).

Baixar (173KB)
Metadados
6. Fig. 5. Schematic representation of measurement processing using Method K for sample without supercooling.

Baixar (91KB)
Metadados
7. Fig. 6. Method K for sample with phase transition and supercooling (a); for reference sample (b).

Baixar (90KB)
Metadados
8. Fig. 7. Heat capacity vs. temperature for Co(NO3)2·6H2O with step of 10 (a), 20 s (b).

Baixar (85KB)
Metadados
9. Fig. 8. Cooling curves of Co(NO3)2·6H2O.

Baixar (76KB)
Metadados
10. Fig. 9. Enthalpy vs. temperature for Co(NO3)2·6H2O obtained using Methods M and K.

Baixar (71KB)
Metadados
11. Fig. 10. Heat capacity vs. temperature for Co(NO3)2·6H2O obtained using Methods M and K.

Baixar (66KB)
Metadados
12. Fig. 11. Cooling curves of Zn(NO3)2·6H2O.

Baixar (87KB)
Metadados
13. Fig. 12. Enthalpy vs. temperature for Zn(NO3)2·6H2O obtained using Methods M and K.

Baixar (72KB)
Metadados
14. Fig. 13. Heat capacity vs. temperature for Zn(NO3)2·6H2O obtained using Method M (a), Method K (b).

Baixar (71KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025