De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa liderada pelo Professor Feng Wei da Universidade de Tianjin, na China, desenvolveu recentemente um novo material compósito de mudança de fase de alta temperatura. Este material possui uma elevada densidade de armazenamento de calor e excelente estabilidade cíclica, oferecendo uma nova solução para aplicações de alta temperatura, como a produção de energia termossolar concentrada e a recuperação de calor residual industrial. Os resultados relacionados foram publicados na revista internacional "Advanced Functional Materials".

Fontes de energia limpa, como a solar e a eólica, são abundantes, mas a sua utilização eficiente em larga escala tem sido sempre limitada pela tecnologia de armazenamento de energia, devido à sua intermitência e flutuação. A forma de alcançar um armazenamento de energia eficiente e estável tem sido uma importante direção de investigação no domínio da energia. As tecnologias de armazenamento existentes ainda enfrentam muitos desafios em cenários de aplicação de alta temperatura. Em cenários de alta temperatura como a metalurgia e a produção de energia termossolar, os materiais tradicionais de mudança de fase de média e baixa temperatura têm dificuldade em satisfazer os requisitos. Embora os sais fundidos de alta temperatura possuam uma densidade de armazenamento de calor relativamente alta e boa estabilidade térmica, a sua molhabilidade interfacial com aerogéis de grafeno é fraca, com um ângulo de contacto de cerca de 102°. Feng Wei, autor correspondente do artigo, usa uma analogia: tal como a água derramada sobre óleo tem dificuldade em espalhar-se, o sal fundido é difícil de incorporar uniformemente na matriz de grafeno através de métodos convencionais de impregnação ou penetração física, o que pode facilmente levar a fugas de sal fundido e distribuição não uniforme, afetando assim o desempenho geral.

Para resolver este problema, a equipa de investigação propôs uma estratégia de regulação interfacial. Introduziram polietilenoglicol como "agente de ligação" no sistema de óxido de grafeno e sal eutéctico ternário. O polietilenoglicol atua como uma "fita adesiva de dupla face", com afinidade tanto pelo grafeno como pelo sal fundido, melhorando eficazmente a compatibilidade entre as duas fases. Após agitação a 80°C para formar um sistema de gel homogéneo, seguida de congelação direcional com azoto líquido, liofilização e tratamento de recozimento a alta temperatura, foi finalmente construída uma estrutura compósita estável de aerogel de grafeno-sal fundido. Durante o processo de recozimento, o polietilenoglicol é completamente removido e o sal fundido é confinado com sucesso no interior da matriz porosa de grafeno, conseguindo uma carga uniforme e estável.

Os resultados dos testes de desempenho mostram que a entalpia de fusão inicial deste novo material compósito de mudança de fase de alta temperatura atinge 531,1 joules por grama, armazenando uma elevada quantidade de calor por unidade de massa. Após 50 ciclos térmicos de alta temperatura, ainda mantém cerca de 93% da sua capacidade de armazenamento de calor. Sob condições simuladas de iluminação solar concentrada, o material pode aquecer rapidamente até 550°C em 25 segundos, com uma taxa média de absorção de espetro total de 92,7% e uma eficiência máxima de conversão fototérmica de até 91,6%. Os testes também mostram que, com o aumento do número de ciclos térmicos, os grãos de sal fundido no interior do material se refinam gradualmente e sofrem redistribuição, tornando o preenchimento dos poros do grafeno mais denso e melhorando consequentemente a condutividade térmica - a condutividade térmica aumentou de 0,38 watts por metro Kelvin para 0,67 watts por metro Kelvin. Simultaneamente, a matriz de grafeno fornece abundantes locais de nucleação heterogénea, mitigando o problema do sobrearrefecimento do sal fundido e tornando o processo de mudança de fase mais estável e controlável.

Feng Wei afirmou que se espera que este novo material compósito de mudança de fase de alta temperatura possa ser aplicado em sistemas de produção de energia termossolar concentrada, permitindo o armazenamento de calor durante o dia e a libertação de energia à noite, mitigando assim o problema da intermitência da energia solar. Também demonstra potencial de aplicação em áreas como a recuperação de calor residual industrial de alta temperatura. Atualmente, a equipa está a otimizar ainda mais o processo de produção em escala do material e a promover a sua validação em sistemas termossolares reais.

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