Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu cùng với sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch và các thách thức về môi trường đã thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm, khai thác các nguồn năng lượng tái tạo. Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, sạch và giàu tiềm năng nhất hiện nay. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất của năng lượng mặt trời là tính gián đoạn theo thời gian và điều kiện thời tiết, dẫn đến sự chênh lệch lớn giữa thời điểm cung cấp và nhu cầu tiêu thụ. Để khắc phục vấn đề này, công nghệ lưu trữ năng lượng nhiệt (Thermal Energy Storage - TES), đặc biệt là phương pháp lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (Latent Heat Storage - LHS) sử dụng vật liệu chuyển pha (Phase Change Material - PCM), được xem là giải pháp hiệu quả nhờ mật độ lưu trữ năng lượng cao và khả năng duy trì nhiệt độ gần như không đổi trong quá trình chuyển pha.

Trong các nhóm PCM hữu cơ dạng rắn - lỏng, Polyethylene glycol (PEG) – cụ thể là PEG 6000 – là vật liệu được đánh giá cao nhờ nhiệt độ chuyển pha phù hợp (khoảng 55–60 °C), nhiệt tiềm ẩn nóng chảy lớn (~180 J/g), không độc hại, không ăn mòn, không xảy ra hiện tượng phân tách pha và có giá thành thấp. Mặc dù vậy, PEG tinh khiết tồn tại hai nhược điểm cố hữu: độ dẫn nhiệt thấp và sự rò rỉ chất lỏng khi chuyển sang pha lỏng ở nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy. Giải pháp phổ biến hiện nay là tẩm PEG vào các chất nền xốp để tạo thành vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng (Shape-Stabilized Phase Change Material - SSPCM).

Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây khi sử dụng chất nền xốp như silica (SBA-15, MCM-41), carbon xốp, diatomite hay graphene aerogel thường gặp phải hiện tượng độ kết tinh của PEG bị suy giảm nghiêm trọng (thậm chí giảm về 0%) do tương tác mạnh giữa PEG với các nhóm chức trên bề mặt chất nền và cấu trúc lỗ xốp không phù hợp. Vì vậy, việc lựa chọn một loại vật liệu xốp vừa có khả năng tải hàm lượng PEG cao, vừa ngăn chặn hiện tượng rò rỉ mà không làm suy giảm độ kết tinh của PEG là mục tiêu cấp thiết.

Khóa luận xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Tổng hợp vật liệu xốp manganese dioxide ($\alpha\text{-MnO}_2$) cấu trúc nano.
  2. Tổng hợp vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng $\text{PEG/MnO}_2$ bằng phương pháp bay hơi dung môi với các tỷ lệ khối lượng PEG khác nhau (50 wt%, 60 wt%, 65 wt%, 70 wt%).
  3. Đánh giá ảnh hưởng của cấu trúc xốp $\text{MnO}_2$ đến các đặc tính của vật liệu tổ hợp $\text{PEG/MnO}_2\text{ SSPCM}$, bao gồm hình thái học, cấu trúc xốp, độ kết tinh, hành vi chuyển pha nhiệt, khả năng tương thích hóa học, độ ổn định nhiệt, khả năng chống rò rỉ và độ bền sau 200 chu kỳ nhiệt.
  • Đối tượng nghiên cứu: Polyethylene glycol 6000 (PEG 6000), manganese dioxide ($\text{MnO}_2$) và vật liệu composite $\text{PEG/MnO}_2\text{ SSPCM}$.
  • Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo vật liệu ở quy mô phòng thí nghiệm và khảo sát đặc tính cấu trúc, nhiệt học trong dải nhiệt độ từ 0 °C đến 800 °C.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình nghiên cứu

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt (TES), bao gồm ba hình thức: lưu trữ nhiệt hiện (Sensible Heat Storage - SHS), lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (Latent Heat Storage - LHS) và lưu trữ năng lượng nhiệt hóa (Thermochemical Energy Storage - TCES). Trong đó, LHS sử dụng PCM thể hiện ưu thế vượt trội với mật độ lưu trữ năng lượng gấp khoảng 10 lần so với SHS và hiệu suất khứ hồi đạt từ 75% đến 96%.

Cơ chế tạo vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng (SSPCM) dựa trên việc giam giữ các phân tử PCM trong mạng lưới mao quản của chất nền xốp. Lực mao dẫn và sức căng bề mặt đóng vai trò giữ pha lỏng của PCM không bị rò rỉ ra bên ngoài khi nhiệt độ vượt quá điểm nóng chảy. Khóa luận sử dụng $\alpha\text{-MnO}_2$ làm chất nền hỗ trợ nhờ cấu trúc xốp ba chiều, diện tích bề mặt riêng lớn, trơ hóa học, không độc hại, giá thành rẻ và đặc biệt không chứa các nhóm chức tạo liên kết hydro cản trở sự kết tinh tự do của PEG.

Khả năng kết tinh ($F$) của PEG trong vật liệu SSPCM được định lượng theo công thức: $$F = \frac{\Delta H_{\text{M, SSPCM}} + \Delta H_{\text{S, SSPCM}}}{(\Delta H_{\text{M, PCM}} + \Delta H_{\text{S, PCM}}) \cdot x} \times 100%$$ Trong đó $\Delta H_{\text{M}}$ và $\Delta H_{\text{S}}$ lần lượt là enthalpy nóng chảy và đông đặc; $x$ là phần khối lượng của PEG trong vật liệu composite.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Quy trình thực nghiệm được triển khai theo hai giai đoạn chính:

  • Giai đoạn 1: Tổng hợp vật liệu xốp $\alpha\text{-MnO}_2$: Thực hiện phản ứng oxy hóa khử giữa dung dịch bão hòa $\text{KMnO}_4$ (30 g trong 500 mL nước cất) với 250 mL $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$, khuấy mạnh trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Chất rắn thu được sau khi lọc rửa được nung ở 600 °C để hình thành cấu trúc tinh thể $\alpha\text{-MnO}_2$.
  • Giai đoạn 2: Tổng hợp $\text{PEG/MnO}_2\text{ SSPCM}$: Sử dụng phương pháp bay hơi dung môi. PEG 6000 được hòa tan trong acetone dưới tác động của bể siêu âm (15 phút), sau đó thêm $\text{MnO}_2$ vào khuấy từ trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng. Hỗn hợp được gia nhiệt ở 50 °C cho đến khi dung môi bay hơi hoàn toàn, tiếp tục sấy ở 80 °C trong 12 giờ để thu được các mẫu SSPCM chứa 50 wt%, 60 wt%, 65 wt% và 70 wt% PEG.

Phương pháp và thiết bị phân tích

  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Thiết bị Hitachi FE-SEM S4800, độ phóng đại 40.000 lần, dùng để quan sát hình thái học bề mặt.
  • Đo đường đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ $\text{N}_2$: Thiết bị TriStar II Plus 2.0; xác định diện tích bề mặt theo lý thuyết Brunauer-Emmett-Teller (BET) và phân bố kích thước lỗ xốp theo mô hình Barrett-Joyner-Halenda (BJH).
  • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Máy Jasco FT-IR-4600 (Nhật Bản), quét trong dải số sóng 4000–400 $\text{cm}^{-1}$ trên mẫu đĩa ép KBr để đánh giá tương thích hóa học.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Thiết bị Siemens D5000, bức xạ $\text{Cu-K}\alpha$ (40 kV, 15 mA), góc quét $2\theta = 5^\circ–80^\circ$ với tốc độ 5°/phút để phân tích cấu trúc pha tinh thể.
  • Nhiệt lượng quét vi sai (DSC): Thiết bị Mettler Toledo-DSC1, tốc độ quét nhiệt 5 °C/phút trong môi trường khí $\text{N}_2$ (20 mL/phút), dải nhiệt độ 0–80 °C.
  • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA): Máy Labsys Evo TG-DSC 1600 (Setaram), tốc độ nâng nhiệt 10 °C/phút từ 30 °C đến 800 °C trong dòng khí $\text{N}_2$.
  • Thử nghiệm rò rỉ và độ bền vòng lặp: Đặt mẫu trên giấy lọc ở 80 °C trong 30 phút để quan sát rò rỉ; thực hiện 200 chu kỳ gia nhiệt (80 °C trong 1 phút) / làm nguội (nhiệt độ phòng trong 1 phút) để đánh giá độ bền hoạt động.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHÊN CỨU

Chương này hệ thống hóa tổng quan tình hình nghiên cứu về lưu trữ nhiệt năng và vật liệu chuyển pha:

  • Trình bày bức tranh nghiên cứu trong nước (như nghiên cứu của TS. Nguyễn Tiến Giang về vật liệu $\text{C}_{18}\text{OH/fumed silica}$) và quốc tế (vật liệu PEG/hydroxyapatite của Yazhou Wang, PEG/bọt carbon của Fankai Lin, acid stearic/$\text{MnO}_2$ của Liang).
  • Phân tích chi tiết ba hệ thống TES (nhiệt hiện, nhiệt tiềm ẩn, nhiệt hóa), chỉ rõ ưu thế về dung lượng lưu trữ (50–150 kWh/tấn) và tính linh hoạt nhiệt độ của LHS.
  • Phân loại các nhóm PCM (hữu cơ, vô cơ, eutectic), đồng thời làm rõ các tiêu chí lựa chọn PCM tối ưu: nhiệt tiềm ẩn cao, dải nhiệt độ chuyển pha phù hợp, độ ổn định hóa học, không ăn mòn, không độc hại và chi phí thấp.
  • Luận giải cơ chế ổn định hình dạng trong SSPCM và ảnh hưởng của kích thước mao quản (micropores < 2 nm, mesopores 2–50 nm, macropores > 50 nm) đến khả năng chống rò rỉ và mức độ kết tinh của polymer chuyển pha.

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương này mô tả chi tiết quy trình chế tạo và hệ thống thiết bị đo đạc:

  • Thống kê nguồn gốc hóa chất (PEG 6000, Acetone, $\text{KMnO}_4$, $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$) và thông số kỹ thuật của các thiết bị thực nghiệm (bể siêu âm UC 300 Sturdy, máy khuấy từ IKA C-MAG HS7, tủ sấy Memmert UN110).
  • Trình bày quy trình 2 bước tổng hợp hạt nano $\alpha\text{-MnO}_2$ thông qua phản ứng khử ion permanganate trong ethanol và nung ở 600 °C.
  • Quy trình 5 bước điều chế các mẫu $\text{PEG/MnO}_2\text{ SSPCM}$ (50 wt%, 60 wt%, 65 wt%, 70 wt% PEG) bằng kỹ thuật tẩm bay hơi dung môi.
  • Thiết lập quy chuẩn đo đạc cho các phương pháp đặc trưng hóa lý và nhiệt học: SEM, BET/BJH, FT-IR, XRD, DSC, TGA, cùng phương pháp kiểm tra độ rò rỉ trên giấy lọc ở 80 °C và quy trình thử nghiệm độ bền qua 200 chu kỳ chuyển pha nhiệt.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương này trình bày và phân tích toàn bộ kết quả thực nghiệm thu được:

  • Vi cấu trúc và tính chất xốp: Ảnh SEM xác định $\text{MnO}_2$ có cấu trúc tinh thể dạng que (đường kính 18–43 nm, chiều dài 134–326 nm) đan xen tạo mạng xốp ba chiều. Đường đẳng nhiệt $\text{N}_2$ thuộc loại II (theo IUPAC) đặc trưng cho vật liệu có lỗ xốp lớn, kèm mao quản micro-meso kích thước 8.7 nm, diện tích bề mặt riêng đạt $42\text{ m}^2/\text{g}$. Khi nạp 60 wt% PEG, diện tích bề mặt giảm xuống còn $1\text{ m}^2/\text{g}$, chứng minh PEG đã thâm nhập và lấp đầy các lỗ xốp. Ở tỷ lệ 70 wt%, PEG dư thừa bao phủ hoàn toàn bề mặt ngoài của các que nano $\text{MnO}_2$.
  • Tương thích hóa học: Phổ FT-IR của SSPCM thể hiện đầy đủ các dao động đặc trưng của PEG 6000 (nhóm -OH tại $3436\text{ cm}^{-1}$, C-O tại $1110\text{ cm}^{-1}$, C-H tại $2888\text{ cm}^{-1}$) và $\text{MnO}_2$ (liên kết Mn-O của khối bát diện $\text{MnO}_6$ tại 728, 528 và $466\text{ cm}^{-1}$) mà không xuất hiện đỉnh phổ mới hay sự dịch chuyển vị trí đỉnh, chứng minh liên kết giữa hai pha thuần túy là tương tác vật lý.
  • Cấu trúc tinh thể: Phổ XRD xác nhận $\text{MnO}_2$ kết tinh dạng pha $\alpha$ với các mặt phẳng tinh thể (100), (200), (310), (211), (301), (411), (521), (002). PEG 6000 xuất hiện hai đỉnh nhiễu xạ mạnh tại $2\theta \approx 19^\circ$ và $23^\circ$ ứng với mặt mạng (102) và (032). Mẫu composite 65 wt% giữ nguyên vẹn các đỉnh này, khẳng định chất nền $\text{MnO}_2$ không làm thay đổi trật tự tinh thể của PEG.
  • Đặc tính nhiệt và hiệu suất kết tinh: Dữ liệu DSC cho thấy khi nạp vào $\text{MnO}_2$, nhiệt độ chuyển pha của PEG giảm nhẹ do hiệu ứng giam giữ không gian trong mao quản. Độ kết tinh ($F$) của PEG trong tất cả các mẫu composite đều duy trì ở mức rất cao ($> 99.5%$).
Mẫu vật liệu Nhiệt độ nóng chảy $T_\text{M}$ (°C) Enthalpy nóng chảy $\Delta H_\text{M}$ (J/g) Nhiệt độ đông đặc $T_\text{S}$ (°C) Enthalpy đông đặc $\Delta H_\text{S}$ (J/g) Khả năng kết tinh $F$ (%)
PEG 6000 tinh khiết 57.8 175.7 41.3 160.8 —
50 wt% PEG/MnO₂ 53.4 87.8 36.7 80.1 99.8
60 wt% PEG/MnO₂ 53.0 105.0 38.6 96.5 99.7
65 wt% PEG/MnO₂ 52.8 113.8 40.3 104.5 99.5
70 wt% PEG/MnO₂ 53.4 122.5 40.3 113.2 99.7
  • Khả năng chống rò rỉ: Sau 30 phút ở 80 °C, các mẫu chứa 50 wt%, 60 wt% và 65 wt% PEG giữ nguyên hình dạng rắn, không để lại vết loang trên giấy lọc nhờ lực mao dẫn giữ chặt pha lỏng. Mẫu 70 wt% bị rò rỉ do lượng PEG vượt quá sức chứa của khung xốp. Do đó, 65 wt% là tỷ lệ nạp tối ưu.
  • Độ bền nhiệt và độ bền vòng lặp: Kết quả TGA chỉ ra rằng các mẫu SSPCM có nhiệt độ kết thúc phân hủy đạt khoảng 520 °C (cao hơn mức 470 °C của PEG tinh khiết), khẳng định khung $\text{MnO}_2$ bảo vệ và nâng cao độ bền nhiệt cho PEG. Thử nghiệm qua 200 chu kỳ nóng chảy/đông đặc trên mẫu 65 wt% cho thấy nhiệt độ chuyển pha chỉ biến thiên $0.3–0.4\text{ }^\circ\text{C}$, enthalpy nóng chảy và đông đặc chỉ suy giảm nhỏ $4.2\text{ J/g}$ (tương ứng giảm 3.8% và 4.0%), cấu trúc tinh thể và nhóm chức không thay đổi.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Tổng hợp thành công vật liệu nano xốp $\alpha\text{-MnO}_2$ cấu trúc que đan xen 3D với diện tích bề mặt riêng $42\text{ m}^2/\text{g}$ và kích thước mao quản 8.7 nm.
  • Chế tạo thành công vật liệu chuyển pha bền dạng $\text{PEG 6000/MnO}_2\text{ SSPCM}$ bằng phương pháp bay hơi dung môi đơn giản, không sử dụng hóa chất độc hại phức tạp.
  • Xác định được tỷ lệ nạp PEG tối ưu đạt 65 wt% mà không xảy ra hiện tượng rò rỉ chất lỏng ở 80 °C (cao hơn điểm nóng chảy của PEG 20 °C).
  • Mẫu tối ưu 65 wt% $\text{PEG/MnO}_2\text{ SSPCM}$ đạt nhiệt độ nóng chảy $52.8\text{ }^\circ\text{C}$ với enthalpy nóng chảy $113.8\text{ J/g}$, nhiệt độ đông đặc $40.3\text{ }^\circ\text{C}$ với enthalpy đông đặc $104.5\text{ J/g}$.
  • Mức độ suy giảm enthalpy sau 200 chu kỳ hoạt động chỉ ở mức 3.8% đối với quá trình nóng chảy và 4.0% đối với quá trình đông đặc.

Đóng góp học thuật và so sánh nghiên cứu

Khóa luận đã giải quyết triệt để nhược điểm suy giảm độ kết tinh của PEG khi kết hợp với chất nền vô cơ xốp – một hạn chế lớn từng được ghi nhận trong nhiều nghiên cứu trước đây. Trong khi các nghiên cứu sử dụng chất nền SBA-15, MCM-41 hay vật liệu carbon xốp làm giảm độ kết tinh của PEG về gần 0%, hoặc composite $\text{PEG/UPR/GNPs}$ chỉ đạt độ kết tinh 76.9%, thì vật liệu $\text{PEG/MnO}_2\text{ SSPCM}$ trong nghiên cứu này duy trì độ kết tinh thực tế đạt tới 99.5% ở tỷ lệ tải 65 wt%. Điều này đạt được nhờ cấu trúc mao quản mở thích hợp và bề mặt $\text{MnO}_2$ không chứa các nhóm chức tạo liên kết hydro cản trở chuỗi polymer sắp xếp trật tự.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Khóa luận mới tiến hành thử nghiệm, đánh giá các đặc tính vật liệu ở quy mô phòng thí nghiệm với khối lượng mẫu nhỏ (1.0 g cho thử nghiệm chu kỳ nhiệt); chưa thực hiện đo đạc thực nghiệm trực tiếp về hệ số dẫn nhiệt của vật liệu tổ hợp; thử nghiệm độ bền vòng lặp nhiệt mới dừng lại ở 200 chu kỳ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu bổ sung các phụ gia dẫn nhiệt (như hạt nano kim loại hoặc vật liệu gốc carbon) nhằm nâng cao độ dẫn nhiệt; nâng cao số lượng chu kỳ kiểm tra độ bền (500–1000 chu kỳ); nghiên cứu chế tạo ở quy mô pilot và thử nghiệm tích hợp vật liệu vào các hệ thống thiết bị thực tế như tấm thu nhiệt mặt trời hoặc hệ thống điều hòa nhiệt độ công trình xây dựng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Kỹ thuật Nhiệt và Năng lượng tái tạo.

Cụ thể, phần quy trình tổng hợp $\alpha\text{-MnO}_2$ và kỹ thuật tẩm bay hơi dung môi tại Chương 2 là tài liệu tham khảo chi tiết về mặt thực nghiệm. Bên cạnh đó, phương pháp luận phân tích toàn diện từ hình thái học (SEM, BET), cấu trúc (FT-IR, XRD) đến nhiệt học (DSC, TGA) và công thức xác định khả năng kết tinh ($F$) tại Chương 3 cung cấp cơ sở đối sánh số liệu tin cậy cho các đề tài phát triển vật liệu chuyển pha composite.

Câu hỏi thường gặp

1. Vai trò của từng thành phần trong vật liệu tổ hợp $\text{PEG/MnO}_2\text{ SSPCM}$ là gì?
Trong vật liệu composite, Polyethylene glycol (PEG 6000) đóng vai trò là vật liệu chuyển pha (PCM) chính thực hiện chức năng hấp thụ và giải phóng nhiệt năng thông qua quá trình chuyển pha rắn – lỏng thuận nghịch. Manganese dioxide ($\text{MnO}_2$) đóng vai trò là chất nền xốp hỗ trợ, sử dụng lực mao dẫn và sức căng bề mặt để giữ chặt các phân tử PEG nóng chảy, ngăn chặn hiện tượng rò rỉ chất lỏng ra môi trường bên ngoài.

2. Tại sao tỷ lệ nạp PEG 65 wt% được xác định là tỷ lệ tối ưu trong nghiên cứu?
Ở các tỷ lệ từ 50 wt% đến 65 wt%, PEG được giữ hoàn toàn trong cấu trúc mao quản của $\text{MnO}2$ và không bị rò rỉ khi thử nghiệm ở 80 °C trong 30 phút. Mẫu 65 wt% cho dung lượng lưu trữ nhiệt lớn nhất trong nhóm không rò rỉ ($\Delta H\text{M} = 113.8\text{ J/g}$). Khi tăng hàm lượng PEG lên 70 wt%, lượng PEG dư thừa vượt quá sức chứa mao quản dẫn đến hiện tượng rò rỉ ra ngoài giấy lọc. Do đó, 65 wt% là tỷ lệ nạp tối đa đạt hiệu quả lưu trữ nhiệt cao nhất mà vẫn đảm bảo độ bền hình dạng.

3. Bằng chứng nào chứng minh PEG và $\text{MnO}_2$ chỉ tương tác vật lý mà không tạo liên kết hóa học mới?
Kết quả phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) cho thấy tất cả các đỉnh hấp thụ đặc trưng của PEG 6000 (3436, 1642, 1110, 2888 $\text{cm}^{-1}$) và $\text{MnO}_2$ (728, 528, 466 $\text{cm}^{-1}$) đều xuất hiện đầy đủ trên phổ của vật liệu SSPCM mà không có sự dịch chuyển vị trí đáng kể và không xuất hiện đỉnh dao động mới. Đồng thời, giản đồ XRD cũng chỉ ghi nhận các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của hai pha ban đầu mà không có pha tinh thể lạ.

4. Khả năng duy trì độ kết tinh của PEG trong chất nền $\text{MnO}_2$ đạt kết quả như thế nào?
Khả năng kết tinh ($F$) của PEG trong các mẫu composite $\text{PEG/MnO}_2$ đều đạt trên 99.5% (cụ thể mẫu 65 wt% đạt 99.5%, mẫu 50 wt% đạt 99.8%). Kết quả này chứng minh cấu trúc lỗ xốp của $\text{MnO}_2$ không cản trở sự chuyển động và tái sắp xếp của các mạch polymer PEG, khắc phục hoàn toàn nhược điểm mất độ kết tinh thường gặp ở các chất nền silica hay carbon xốp.

5. Độ ổn định nhiệt và độ bền hoạt động của vật liệu 65 wt% $\text{PEG/MnO}_2$ sau 200 chu kỳ nhiệt thể hiện ra sao?
Theo kết quả TGA, vật liệu có nhiệt độ kết thúc phân hủy đạt khoảng 520 °C, cao hơn mức làm việc thông thường rất nhiều. Sau 200 chu kỳ nóng chảy và đông đặc liên tục, nhiệt độ nóng chảy ($T_\text{M}$) và nhiệt độ đông đặc ($T_\text{S}$) của mẫu chỉ thay đổi lần lượt $0.3\text{ }^\circ\text{C}$ và $0.4\text{ }^\circ\text{C}$; enthalpy nóng chảy và đông đặc chỉ giảm $4.2\text{ J/g}$ (tương ứng giảm 3.8% và 4.0%), đồng thời cấu trúc tinh thể và liên kết hóa học được bảo toàn nguyên vẹn.

Kết luận

Khóa luận đã tổng hợp thành công vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng $\text{PEG 6000/MnO}_2\text{ SSPCM}$ bằng phương pháp bay hơi dung môi trên nền chất xốp $\alpha\text{-MnO}_2$. Mẫu tối ưu chứa 65 wt% PEG sở hữu khả năng lưu trữ nhiệt tiềm ẩn cao ($113.8\text{ J/g}$), độ kết tinh vượt trội (99.5%), khả năng chống rò rỉ tuyệt đối ở 80 °C và độ bền nhiệt ổn định sau 200 chu kỳ chuyển pha. Đây là công trình thực nghiệm hoàn chỉnh, cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu tin cậy cho việc phát triển các vật liệu lưu trữ năng lượng nhiệt chi phí thấp và an toàn môi trường.