Solid state phase transition materials for thermal energy storage - A review on the potential and limitations of solid-solid phase change materials for latent thermal energy storage

Abstract

Termisk energilagring spiller en viktig rolle i utviklingen av en mer bærekraftig fremtid, og fastfase faseendringsmaterialer for latent termisk energilagring har et stort potensial i denne utviklingen. Latent varmelagring har stor kapasitet for en- ergilagring. Disse systemene gir en høyere lagringstetthet per volum av materiale, samt flere andre termofysiske fordeler; de har et bredt temperaturområde, relativt lave kostnader og enkel produksjonsprosedyre, og de kan lagre relativt høy latent varme ved faste temperaturer. Fastfase faseendring er en ny teknologi innen la- tent varme lagring. Materialene som brukes for fastfase faseendring er klassifisert som organiske, uorganiske og hybrider, med forskjellige molekylære strukturer og termofysiske egenskaper.

Fastfase faseendringsmaterialer har fordelen av mindre volumforskjell ved fas- eskifte, høy energitetthet, ingen lekkasje, mindre erosjon og lang levetid. De har imidlertid ulemper som lavere latent varme og høye faseendringstempera- turer. Et annet problem med fastfase faseendringsmaterialer er at de har relativt lav varmeledningsevne. Denne egenskapen kan imidlertid forbedres ved å blande faseendringsmaterialer med materialer med høy varmeledningsevne.

Anvendelsen av fastfase faseendringsmaterialer for termisk energilagring i bygninger har fått økende oppmerksomhet på grunn av den høye energitettheten og evnen til å lagre og frigjøre energi ved konstant temperatur under faseendring. Disse app- likasjonene kan brukes til å redusere energiforbruket, jevne ut toppenergibehov og redusere CO2-utslipp fra bygninger. Det er imidlertid fortsatt utfordringer knyt- tet til fastfase faseendringsmaterialer, til tross for den nylige utviklingen og de lovende fremtidige mulighetene for materialene og deres applikasjoner.

Thermal energy storage plays an important role in the development of a more sus- tainable future, and solid-solid phase change material for latent thermal energy storage shows a lot of potential in this development. Latent heat storage has a large capacity for energy storage. These systems provides a higher storage density per volume of material, as well as several other thermophysical advantages; they have a wide temperature range, relative low cost and facile production procedure, and they can store relatively high latent heat at fixed temperatures. Solid-solid phase change is a new technology within latent heat storage. The materials used for solid-solid phase change are classified as organic, inorganic and hybrid, with different molecular structures and thermophysical properties.

Solid-solid phase change materials have the advantage of a smaller volume differ- ence during phase change, high energy density, no leakage, less erosion and a long lifespan. They do however have drawbacks like lower latent heat and high phase change temperatures. Another issue with solid-solid phase change materials is that they have relatively low thermal conductivity. However, this property can be enhanced by mixing the phase change material with materials with high thermal conductivity.

The application of solid-solid phase change materials for thermal energy storage in buildings have gained increasing attention due to their high energy density and ability to store and release energy at constant temperature during phase change. These applications can be used to reduce energy consumption, even out peak energy demand, and reduce CO2 emissions from buildings. However, there are still challenges connected to solid-solid phase change materials, despite the recent development and promising future possibilities for the materials and their appli- cations.