Fabrication and Thermal Properties of a Gallium and Porous Foam Composite Phase Change Material

材料科学 多孔性 热导率 复合数 复合材料 质量分数 过冷 制作 金属泡沫 体积分数 相变材料 热的 冶金 热力学 医学 物理 替代医学 病理
作者
Rachel McAfee,Michael Fish,Adam A. Wilson,Harvey Tsang,Jonathan Boltersdorf,Soonwook Kim,Nenad Miljkovic,William P. King
标识
DOI:10.1021/acsaenm.3c00366
摘要

A thermal energy storage composite is fabricated by infiltrating liquid metal gallium (Tm = 30.76 ± 0.3 °C) into an open-cell porous nickel foam (dp ≈ 0.25 mm, porosity 95%). Sample preparation and process refinement lead to a reduction in material voiding to an observed 2.4 ± 0.84% volume fraction while remaining fabricable with common benchtop laboratory equipment. Comprehensive infiltration results in a measured thermal conductivity of 39.1 ± 2.9 W/m-K at 75 °C with the gallium fraction in liquid state, owing to the enhancement effect of the conductive nickel lattice. Gravimetric latent heat of melting is reduced in rough proportion to the mass fraction of nickel and measured at 72.56 ± 0.18 J/g. Taken together, these properties represent a best-in-class performance among near-room temperature phase change materials (Tm < 100 °C) according to power density figure of merit. Furthermore, retention in the high-surface area foam network through capillary effects precludes the need for elaborate liquid confinement during application insertion and mitigates the degree of supercooling upon solidification (observed in ∼100 mg composite samples as ΔTsub: 25–40 °C vs pure samples ΔTsub: 50–60 °C).
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