Khóa Luận Tốt Nghiệp: Nghiên Cứu Vật Liệu Lưu Trữ Nhiệt Năng Pentaerythritol/Expanded Graphite

• Tác giả: Nguyễn Thanh Vy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Giang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Lưu Trữ Nhiệt Năng Theo Cơ Chế Chuyển Pha Rắn-Rắn: Vật Liệu Pentaerythritol/Expanded Graphite Mới Với Đa Khả Năng Chuyển Đổi Năng Lượng Tại Nhiệt Độ Tầm Trung
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2. Lưu trữ năng lượng nhiệt (TES)
• 1.2.1. So sánh các hệ thống TES
• 1.3. Vật liệu chuyển pha (Phase change material – PCM)
• 1.3.1. Định nghĩa PCM
• 1.3.2. Các tiêu chí để lựa chọn PCM
• 1.3.3. Phân loại PCM
• 1.4. Kỹ thuật chuyển đổi các nguồn năng lượng khác nhau thành nhiệt năng
• 1.5. Vật liệu xốp
• 1.6. Vật liệu chuyển pha hỗn hợp CPCM
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Quy trình thực nghiệm
• 2.2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu chuyển pha hỗn hợp PE/EG
• 2.2.2. Quy trình kiểm tra độ tin cậy nhiệt của mẫu 90 wt% PE/EG CPCM
• 2.2.3. Quy trình kiểm tra khả năng chuyển đổi năng lượng quang – nhiệt của vật liệu
• 2.2.4. Quy trình kiểm tra khả năng chuyển đổi năng lượng điện – nhiệt của vật liệu
• 2.3. Các phương pháp phân tích đánh giá
• 2.3.1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC)
• 2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 2.3.6. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ (UV-VIS)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân tích hình thái bề mặt của vật liệu PE/EG CPCM
• 3.2. Khả năng tương thích hóa học của vật liệu PE/EG CPCM
• 3.3. Đặc tính tinh thể của vật liệu PE/EG CPCM
• 3.4. Đặc tính nhiệt của vật liệu PE/EG CPCM
• 3.5. Độ bền nhiệt của vật liệu PE/EG CPCM
• 3.6. Độ bền vòng lặp của vật liệu PE/EG CPCM
• 3.7. Khả năng chuyển đổi năng lượng quang – nhiệt của vật liệu PE/EG CPCM
• 3.7.1. Khả năng hấp thụ Vis-NIR
• 3.7.2. Khả năng chuyển đổi quang – nhiệt của vật liệu
• 3.8. Khả năng chuyển đổi năng lượng điện – nhiệt của vật liệu PE/EG CPCM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Vật Liệu Lưu Trữ Nhiệt Năng Pentaerythritol Expanded Graphite

Nghiên cứu về vật liệu lưu trữ nhiệt năng đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Vật liệu Pentaerythritol (PE) kết hợp với Expanded Graphite (EG) đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất lưu trữ nhiệt. Việc sử dụng vật liệu chuyển pha rắn – rắn giúp khắc phục những nhược điểm của các vật liệu chuyển pha rắn – lỏng, như rò rỉ và độ ổn định thấp.

1.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu lưu trữ nhiệt năng hiện nay

Nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc phát triển các vật liệu chuyển pha rắn – lỏng. Tuy nhiên, các vật liệu rắn – rắn như PE/EG đang nhận được sự quan tâm lớn do tính ổn định và hiệu suất cao hơn.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng Pentaerythritol và Expanded Graphite

Pentaerythritol có khả năng lưu trữ nhiệt cao, trong khi Expanded Graphite cung cấp độ dẫn nhiệt tốt. Sự kết hợp này tạo ra vật liệu có khả năng chuyển đổi năng lượng hiệu quả hơn.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên Cứu Vật Liệu Lưu Trữ Nhiệt Năng

Mặc dù vật liệu PE/EG có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc phát triển và ứng dụng chúng. Độ dẫn nhiệt thấp của PE là một trong những vấn đề chính cần được giải quyết để nâng cao hiệu suất lưu trữ nhiệt.

2.1. Nhược điểm của vật liệu chuyển pha rắn lỏng

Vật liệu chuyển pha rắn – lỏng thường gặp phải vấn đề rò rỉ và mất ổn định hình dạng, điều này làm giảm hiệu suất lưu trữ nhiệt trong các ứng dụng thực tế.

2.2. Thách thức trong việc cải thiện độ dẫn nhiệt của PE

Để nâng cao hiệu suất, cần tìm ra các phương pháp hiệu quả để cải thiện độ dẫn nhiệt của PE, như việc kết hợp với các vật liệu xốp như EG.

III. Phương pháp Nghiên Cứu Vật Liệu PE EG CPCM Hiệu Quả

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp ngâm tẩm và bay hơi dung môi để tổng hợp vật liệu PE/EG CPCM. Các phương pháp phân tích hiện đại được áp dụng để đánh giá các thuộc tính của vật liệu.

3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu PE EG

Quy trình tổng hợp bao gồm việc ngâm tẩm PE vào EG để tạo ra vật liệu chuyển pha hỗn hợp với độ dẫn nhiệt cao hơn.

3.2. Phân tích các thuộc tính của vật liệu PE EG

Các thuộc tính như hình thái học, cấu trúc và khả năng lưu trữ nhiệt được đánh giá bằng các phương pháp như SEM, FTIR và DSC.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu Vật Liệu PE EG

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu PE/EG CPCM có khả năng lưu trữ nhiệt năng cao và hiệu suất chuyển đổi năng lượng tốt. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực như năng lượng tái tạo và công nghiệp.

4.1. Khả năng lưu trữ nhiệt năng của vật liệu PE EG

Vật liệu PE/EG CPCM cho thấy dung lượng lưu trữ nhiệt năng lên tới 204.5 J/g, cao hơn nhiều so với các loại vật liệu khác.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống năng lượng tái tạo

Vật liệu này có thể được ứng dụng trong các hệ thống thu hồi nhiệt thải và nhà máy phát điện mặt trời, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Vật Liệu Lưu Trữ Nhiệt Năng

Nghiên cứu về vật liệu PE/EG CPCM đã chỉ ra tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất lưu trữ nhiệt năng. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn hơn trong lĩnh vực năng lượng.

5.1. Tương lai của vật liệu PE EG trong lưu trữ năng lượng

Vật liệu PE/EG có thể trở thành giải pháp tối ưu cho các hệ thống lưu trữ năng lượng trong tương lai, nhờ vào tính ổn định và hiệu suất cao.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ dẫn nhiệt và khả năng chuyển đổi năng lượng của vật liệu, mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác.