Materialentwicklung

Mikroskopaufnahme eines PCM-Slurry auf Basis einer Emulsion
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Mikroskopaufnahme eines PCM-Slurry auf Basis einer Emulsion.

Das Fraunhofer ISE legt einen besonderen Schwerpunkt auf die Entwicklung von neuen Materialien zur latenten Wärme- und Kältespeicherung und verfügt hierzu über umfangreiche FuE-Infrastruktur sowie langjährige Erfahrung. Ziel unserer Forschung ist insbesondere die Erhöhung der Speicherdichte und Langzeitstabilität der Speichermaterialien. Neben den Latenwärmespeichermaterialien entwickeln und optimieren wir auch Sorptionsmaterialien.

Unsere FuE-Leistungen umfassen:

  • Materialscreening von Wärmespeichermaterialien insbesondere von PCM und Sorptionsmaterialien
  • Entwicklung von Rezepturen zur Herstellung von PCM-Emulsionen (PCM-Slurries) im Liter-Maßstab
  • Upscaling der Herstellung von PCM-Emulsionen bis in den Kubikmeter-Maßstab
  • Mikroverkapselung von PCM
  • Thermische Stabilisierung von PCM
  • Rheologische Charakterisierung von Wärmeträgerflüssigkeiten und PCM
  • Bestimmung der spezifischen Wärmekapzität von Materialien
  • Bestimmung der Schmelzwärme und Phasenübergangstemperaturen von Phasenwechselmaterialien
  • Bestimmung der Wärme- und Temperaturleitfähigkeit von Speichermaterialien
  • Langzeitabilitätsuntersuchungen von PCM und PCM-Verbundmaterialien
  • Bestimmung der Kristallstruktur (XRD), Phasenanalyse und Umwandlung von Sorptionsmaterialien
  • Bestimmung der Reaktionsenthalpie und der Wärmekapazität durch Differenzkalorimetrie von Sorptionsspeichern
  • Prüfung und Charakterisierung von PCM und PCM-Verbundmaterialien für das Gütesiegel RAL-PCM
PMMA Mikrokapseln mit PCM als Kernmaterial
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PMMA Mikrokapseln mit PCM als Kernmaterial.

Über besonders breite Kompetenz verfügt das Fraunhofer ISE bei der Entwicklung von PCM-Slurries. Dies sind Hochleistungswärmeträgerflüssigkeiten, die es durch die hohe Wärmekapazität des Fluids ermöglichen, das erforderliche Speichervolumen zu reduzieren. Hierbei dispergieren wir organische PCM in Wasser oder Wasserglykolmischungen und stellen dadurch eine Wärmeträgerflüssigkeit her, die im Schmelzbereich des PCMs eine bis zu 4fache Speicherdichte gegenüber Wasser aufweist.

Die Emulgierung von PCM ist die Grundlage für die Mikroverkapselung. Wir verkapseln organische PCM in einem Temperaturbereich von etwa 10 bis 50°C in Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Melaminharz. Diese mikroverkapselten PCM verarbeiten wir weiter in Verbundmaterialien für die Anwendung im Gebäudebereich aber auch für technische Anwendungen, wie z.B. zur Batterie- und Elektronikkühlung. Durch die Mikroverkapselung können PCM sehr fein im Verbundmaterial verteilt werden und eine große Oberfläche zwischen Verbundmaterial und PCM erzeugt werden, was einer schnellen Be- und Entladung dienlich ist.

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PCM-Slurry.

Im Rahmen der Materialuntersuchung und -entwicklung verfügen wir über umfangreiche Möglichkeiten zur Charakterisierung von PCM hinsichtlich ihrer thermischen und rheologischen Eigenschaften. Ein wichtiger Aspekt beim Einsatz von Phasenwechselmaterialien ist ihre thermische Stabilität. Daher entwickeln wir Maßnahmen zur Stabilisierung von PCM und führen Stabilitäts- und Degradationstests durch durch.