Efficient and Secure Encapsulation of a Natural Phase Change Material in Nanofibers Using Coaxial Electrospinning for Sustainable Thermal Energy Storage

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作者
Dev Patel,Wanying Wei,Harmann Singh,Kai Xu,Christopher Beck,Michael Wildy,John Schossig,Xiao Hu,Dong Choon Hyun,Wenshuai Chen,Ping Lü
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (31): 11570-11579 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c02094
摘要

In this study, we present an ecofriendly technique for encapsulating lauric acid (LA), a natural phase change material, within polystyrene (PS) nanofibers through coaxial electrospinning. The resulting LAPS core-sheath nanofibers exhibited a melting enthalpy of up to 136.6 J/g, representing 75.8% of the heat storage capacity of pristine LA (180.2 J/g), a value surpassing all previously reported core-sheath fibers. Scanning electron microscopy revealed uniform LAPS nanofibers free of surface LA until the core LA feed rate reached 1.3 mL/h. As the core LA feed rate increased, the fiber diameter shrank from 2.24 ± 0.31 to 0.58 ± 0.45 μm. Infrared spectra demonstrated a proportional increase in the LA content with rising core LA injection rates. Thermogravimetric analysis found the maximum core LA content in core-sheath nanofibers to be 75.0%. Differential scanning calorimetry thermograms displayed a trend line shift upon LA leakage for LA1.3PS nanofibers. LAPS fibers containing 75.0% LA effectively maintained consistent cycling stability and reusability across 100 heating-cooling cycles (20-60 °C) without heat storage deterioration. The core LA remained securely within the PS sheath after 100 cycles, and the LAPS nanofibers retained an excellent structural integrity without rupture. The energy-dense and form-stable LAPS core-sheath nanofibers have great potential for various thermal energy storage applications, such as building insulation, smart textiles, and electronic cooling systems, providing efficient temperature regulation and energy conservation.
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