Учёные из Центра компетенций НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН создали композитный материал, который благодаря способности к накоплению энергии может поддерживать комфортную температуру в системе горячего водоснабжения и теплоснабжения при кратковременных отключениях энергии.

Материалы с фазовым переходом (МФП) могут использоваться для теплового хранения энергии, теплового менеджмента, то есть защиты от перегрева электронных компонентов, регулирования теплового режима внутри помещений, а также в качестве портативных теплоаккумуляторов для медицины и физиотерапии.

Основной механизм работы МФП состоит в поглощении тепла в процессе плавления и выделения тепла в процессе затвердевания, то есть материал выступает в роли аккумулятора тепла. МФП по своей природе условно можно разделить на органические и неорганические. Так, неорганические МФП включают соли, металлы и их сплавы, в то время как парафины, жирные кислоты и спирты входят в состав органических МФП. Известных массово выпускаемых аналогов таких материалов, по его словам авторов работы, на данный момент нет.

В новом проекте исследователи повысили теплопроводность таких материалов при помощи разработанных в ФИЦ ПХФ и МХ РАН графеновых материалов. Увеличение теплопроводности МФП позволит увеличить скорость заряда и разряда теплоаккумулятров на их основе, что повысит их эффективность.

«Добавки композитов МФП в строительные материалы, например, в строительные смеси, позволят поддерживать более комфортную температуру в жилых помещениях за счёт сглаживания колебаний дневных и ночных температур в процессе накопления и отдачи скрытого тепла. Кроме этого, добавки наиболее распространенных МФП (парафины, воск, жирные кислоты) увеличивают гидрофобные свойства отделочных материалов, что замедляет или полностью исключает процессы грибкового поражения стен, потолков и полов, что особенно актуально для влажных помещений», — комментирует руководитель группы спектроскопии наноматериалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН Сергей Баскаков.

По словам Баскакова, помощью новых МФП могут быть созданы системы для домов с околонулевым потреблением энергии, добавил эксперт. Так, если в здании установить накопитель тепла с композитом МФП объёмом 100 л со скрытым тепловым эффектом около 220 кДж/кг, то накопленного тепла хватит для нагрева приблизительно 175 л воды на 30°С.

Портативные варианты теплоаккумуляторов с МФП-композитами также могут быть использованы в качестве термофоров («грелок») для обогрева тела сухим теплом, что чрезвычайно актуально в нашей стране, где продолжительное время в году низкие температуры, добавил эксперт. Существенным отличием таких теплоаккумуляторов от грелок с водой будет отдача тепла в узком интервале температур (50-60°С), а также возможность быстрого заряда с помощью бытовой микроволновой печи.