Die Energiespeicherung von Phasenwechselmaterialien spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Energieeffizienz und der Nutzung erneuerbarer Energien. In den letzten Jahren wurden Phasenwechselmaterialien (PCM) zur Energiespeicherung und Wärmeregulierung in Geräten und Gebäuden umfassend untersucht. Allerdings wird ein großer Teil der PCMs aus Industrieprodukten auf der Basis fossiler Brennstoffe- wie Paraffinwachs gewonnen, und bei Roh-PCMs bestehen Probleme wie Auslaufen und eingeschränkte Funktionalität. Für PCM-Verpackungen werden typischerweise Verkapselungsmaterialien wie expandiertes Graphit, Graphen und Mikrokapseln verwendet. Die meisten dieser Verkapselungsmaterialien stammen aus Erdölderivaten und zeichnen sich durch komplexe Herstellungsverfahren, hohe Kosten und erhebliche Umweltverschmutzung aus.
Mittlerweile macht Biomasseenergie 10–14 % des weltweiten Energieverbrauchs aus und dient als wichtige globale Energiequelle und international anerkannte CO2-freie erneuerbare Energie. Biomassematerialien weisen Vorteile auf, darunter eine starke Adsorptionskapazität, reichliche Verfügbarkeit, niedrige Kosten und Umweltfreundlichkeit. Unter Nutzung der morphologischen -stabilisierenden Vorteile von aus Biomasse gewonnener Aktivkohle- können hergestellte PCMs während Phasenübergängen mehr Wärmeenergie speichern und so die Umgebungstemperatur in einem angenehmen Bereich halten, um Energieeinsparungen und Emissionsreduzierungseffekte zu erzielen. Folglich stellen die Erforschung erneuerbarer Materialien auf der Basis von Biomasse und die Entwicklung von PCMs auf Biobasis zukünftige Trends in der Branche dar.
Was die Materialauswahl betrifft, können bio{0}}poröse poröse Materialien-mit ihren geringen Kosten, ihrer Umweltverträglichkeit und ihrer breiten Anwendbarkeit-effektiv als unterstützende Materialien für die Herstellung formstabiler, bio-kompositer PCMs dienen. Die meisten Trägermaterialien für Verbund-PCMs werden aus Erdölderivaten gewonnen und stehen vor Herausforderungen wie komplexen Herstellungsprozessen, hohen Kosten und starker Umweltverschmutzung. Angesichts der Knappheit fossiler Brennstoffe und Umweltbedenken stellen biobasierte Trägermaterialien aufgrund ihrer biologischen Abbaubarkeit und Erneuerbarkeit eine praktikable Lösung und einen unvermeidlichen Trend dar. Erneuerbare, biobasierte Materialien können reichlich aus Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen gewonnen werden. Materialien, die auf natürlichen bio{11}}porösen Strukturen basieren, erleichtern die PCM-Adsorption und vereinfachen die Herstellung formstabiler Verbund-PCMs. Die vollständige Nutzung biobasierter Ressourcen steht im Einklang mit grünen und nachhaltigen Entwicklungsstrategien.
Bio-basierte Materialien enthalten im Allgemeinen reichhaltige Kohlenstoffquellen; Durch Karbonisierung und Weiterverarbeitung können ihre porösen Strukturen neu konfiguriert werden. In bio-basierten Materialien mit miteinander verbundenen porösen Architekturen sorgen vernetzte Kohlenstoffnetzwerke für wärmeleitende Pfade, während die porösen Strukturen eine räumliche Speicherung für PCMs bieten. Die Verwendung biobasierter Materialien reduziert die Abhängigkeit von Erdöl bis zu einem gewissen Grad.
Biomasse-Trägermaterialien werden aufgrund ihrer reichlichen Verfügbarkeit, geringen Kosten, Umweltfreundlichkeit und Erneuerbarkeit häufig bei der Herstellung poröser Funktionsmaterialien eingesetzt. Biomasse-PCMs weisen Vorteile wie Nicht-Toxizität, Nicht{2}}Korrosivität und ausgezeichnete Biokompatibilität auf. Komposit-Biomasse-PCMs zeichnen sich durch einfache Herstellungsprozesse, überlegene Leistung und kontrollierbare Temperaturregulierung aus. Die derzeitige Forschung und Entwicklung von Biomassematerialien ist jedoch noch unzureichend. Die weitere Erforschung von Biomasse und ihren abgeleiteten Materialien sowie neuartige Methoden zur Herstellung von PCM aus poröser Biomasse sind unerlässlich.
Zukunftsaussichten:
Trotz der Erfolge bei zusammengesetzten Phasenwechsel-Energiespeichermaterialien-unter Nutzung der reichlichen Verfügbarkeit von Biomasse-Rohstoffen, der überlegenen Leistung von aus Biomasse- gewonnenen zusammengesetzten PCMs und dem breiten Anwendungspotenzial- bestehen weiterhin einige Herausforderungen.
(1) Leckage bei festen -flüssigen Phasenübergängen: Eine proaktive Untersuchung der latenten Eigenschaften von Biomasse und ihren Derivaten ist erforderlich, um optimale Zusammensetzungsverhältnisse zu identifizieren und das Phasenübergangsverhalten von Biomasse-PCMs zu regulieren.
(2) Komplexe Herstellungsprozesse und hohe Kosten: Es müssen innovative Herstellungsmethoden für biobasierte Verbund-PCMs entwickelt werden, um Prozesse zu rationalisieren und Kosten zu senken.
(3) Eingeschränkte Funktionalität und Leistung: Die Forschung sollte sich darauf konzentrieren, Biomasse-PCMs für verschiedene Anwendungsszenarien maßgeschneidert anzupassen und multifunktionale Varianten zu entwickeln, um die umfassende Praktikabilität zu verbessern.
