Síntesis de un almacenador de energía solar basado en materiales de cambio de fase modificados con nanopartículas metálicas

CATIVA, NANCY M.; PUIG, JULIETA; HOPPE, CRISTINA E.; DELL'ERBA, IGNACIO E.

Mar del Plata

Congreso; 20º Congreso internacional de Materiales SAM-CONAMET 2022; 2022

SAM , INTEMA, UNMDP.

Los materiales de cambio de fase (phase change materials, PCMs) presentan un elevado calor de fusión y un estrecho intervalo en su temperatura de fusión. Estos materiales han encontrado aplicaciones en dispositivos de almacenamiento de energía, regulación de temperaturas en edificios, maquinaria y refrigeradores, liberación controlada de fármacos, sensores térmicos, y en el transporte y almacenamiento de productos sensibles a los cambios de temperatura como los medicamentos [1]. Una de las propiedades deseadas para un PCM, además de un alto calor de fusión, es una alta conductividad térmica. Una estrategia válida, para lograr el incremento de la conductividad térmica de un PCM, es la dispersión de nanoestructuras (Nanopartículas (NPs) metálicas o nanotubos de carbono) en el mismo.Las NPs metálicas exhiben efecto fototérmico, es decir, pueden liberar calor de manera eficiente bajo una excitación óptica adecuada. Esto implica que pueden transformar la energía lumínica, absorbida por sus electrones libres de superficie, en energía vibracional de la red cristalina y en última instancia en calor que fluye al medio circundante. Dicho efecto es notorio debido a la gran relación superficie/volumen de las NPs. Cuando las NPs se encuentran contenidas en un PCM, el efecto fototérmico puede provocar la fusión de este y de esta manera la energía lumínica absorbida quedaría almacenada en forma de calor latente de fusión. Consecuentemente, el desarrollo de este nanomaterial, en el cual las NPs embebidas en la estructura de la red pueden actuar como antenas eficientes para mejorar la captación de calor proveniente de la radiación solar, resulta de vital interés debido a su potencial empleo como un eficiente colector de energía solar.En este trabajo, se sintetizó un PCM a partir de la reacción entre un ácido graso (ácido palmítico C16H32O2) y una resina epoxi (diglicidil éter de bisfenol A, DGEBA). Esta reacción epoxi-ácido, catalizada por una amina terciaria, se lleva a cabo a 90ºC completándose en 70-80 minutos [2]. El producto obtenido presenta un estrecho intervalo de fusión centrado en 32-33ºC (Figura 1) y un calor de fusión de 70 J/g, un valor aceptable para su uso como material de cambio de fase.Por otro lado, se prepararon nanopartículas de plata (NPs de Ag) mediante la reducción de una sal de plata con polietilenglicol diglicidil éter (PEDGE, peso molecular 500 g/mol), el cual actúa como solvente, reductor y estabilizante [3]. El espectro UV-Visible de las NPs de Ag resultantes muestra una fuerte absorción de radiación en la región de 410 – 420 nm.Finalmente, el PCM obtenido se modificó mediante el agregado de las NPs de Ag, manteniendo el sistema a una temperatura a la cual se favorece la homogenización del mismo (50ºC). El producto se transfirió a un recipiente adecuado y se enfrío a temperatura ambiente.Se estudiaron las propiedades fototérmicas de los PCMs obtenidos. Para ello, se determinó la curva de calentamiento en función de la irradiación para sistemas irradiados con baja y alta potencia luminosa (en presencia y ausencia de NPs) y se analizó el efecto antena de las mismas.