Ti3C2Tx@PDA-Integrated Polyurethane Phase Change Composites with Superior Solar-Thermal Conversion Efficiency and Improved Thermal Conductivity

热导率 材料科学 热能储存 热的 差示扫描量热法 能量转换效率 复合材料 聚氨酯 热稳定性 相变材料 化学工程 光电子学 热力学 物理 工程类
作者
Xiaosheng Du,Jinghong Qiu,Sha Deng,Zongliang Du,Xu Cheng,Haibo Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (14): 5799-5806 被引量:145
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c01582
摘要

Organic phase change materials (PCMs) have attracted increasing attention in the solar energy utilization field for their large thermal energy storage density, appropriate phase transition temperature, and excellent chemical stability. However, the liquid leakage defect and poor solar-thermal conversion performance restrict their large-scale application. Herein, novel PCM composites with superior solar-thermal conversion efficiency, excellent form-stability, and improved thermal conductivity were successfully synthesized by introducing a dopamine-decorated MXene (Ti3C2Tx@PDA) into a poly(ethylene glycol) (PEG)-based polyurethane PCM. Ti3C2Tx@PDA, which was covalently bound to polyurethane, acted as a photon capturer and molecular heater and converted solar energy to thermal energy, whereas the PEG-based polyurethane PCM could absorb and store the generated thermal energy through solid–solid phase transition. Sunlight irradiation experiments demonstrated that the solar-thermal conversion and storage efficiency of PCM composites (up to 90.1%) were significantly improved with the introduction of the MXene Ti3C2Tx@PDA. Based on differential scanning calorimetry (DSC) analysis, PCM composites exhibited satisfactory phase change enthalpy in the range of 121.9–128.2 J/g. Moreover, the developed PCM composites possessed excellent form-stability, remarkable thermal reversibility, good thermal stability, and improved thermal conductivity. In conclusion, the synthesized PCM composites exhibited tremendous application potential in solar energy utilization field.
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