امکان کاهش دمای باتری لپ‌تاپ با استفاده از عایق نانو

امکان کاهش دمای باتری لپ‌تاپ با استفاده از عایق نانو

محققان دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با استفاده از روشی ساده و کم‌هزینه‌تر نسبت به روش‌های قبلی برای تولید کامپوزیت‌های الیافی، توانستند راهکاری برای مدیریت انرژی حرارتی توسط عایق های دینامیکی بر پایه کامپوزیت‌های الیافی حاوی نانوذرات اکسید آهن ارائه دهند.

کاربردهای این محصول:

• صنعت ساختمان
• صنایع نساجی
• پلیمر
• بسته‌بندی مواد غذایی
• سلول‌های خورشیدی
• باتری‌های لپ‌تاپ

در این پژوهش، کامپوزیت مواد تغییر فازدهنده حاوی نانوذرات اکسید آهن به شکل پایدارشده روی الیاف پلی‌استری به منظور مدیریت و ذخیره انرژی حرارتی براساس یک روش تک‌مرحله‌ای و مقرون به صرفه سنتز شده است که باعث برطرف‌کردن معایب مواد تغییر فازدهنده آلی، (موادی که برای ذخیره انرژی حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند) می‌شود.

امروزه عدم وابستگی به سوخت‌های فسیلی و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی حرارتی، از جمله موضوعات حائز اهمیت در جهان است.

ذخیره و مدیریت انرژی حرارتی از طریق مواد تغییر فازدهنده که در طی تغییرفاز قادر به ذخیره یا رهایش گرما هستند، امکان‌پذیر است.

این مواد عمدتاً بر پایه ترکیبات آلی و تغییرفاز جامد- مایع بوده که با دو مشکل اساسی هدایت حرارتی کم و رهایش در طی فرآیندهای گرمایش/سرمایش مواجه هستند که سبب ایجاد محدودیت در کاربرد آن‌ها می‌شود.

در این پژوهش، کامپوزیت مواد تغییرفازدهنده حاوی نانوذرات اکسید آهن به شکل پایدارشده روی الیاف پلی‌استری به منظور مدیریت و ذخیره انرژی حرارتی و برطرف‌کردن معایب ذکرشده براساس یک روش تک‌مرحله‌ای و مقرون به صرفه سنتز شده است.

از ترکیب اسیدهای چرب، پلی‌استر و نانوذرات اکسید آهن به ترتیب به عنوان مواد تغییرفازدهنده، ماده زمینه و نانوپرکننده استفاده شده است.

در پژوهش‌های گذشته و کارهای مشابه از فرآیند الکتروریسی مواد تغییرفازدهنده یا میکرو/نانو کپسول‌کردن و یا فرآیند پلیمریزاسیون استفاده شده که نیازمند تجهیزات و امکانات پیشرفته بوده و هزینه‌بر هستند.

حال آنکه، در این پژوهش، مواد تغییرفازدهنده از طریق فرآیند ساده جذب سطحی براساس جاذبه آبگریزی- آبگریزی روی الیاف پلی‌استر بارگذاری شدند.

همچنین در پژوهش‌های مشابه، نانوذرات یا به صورت جداگانه سنتز شده و به مواد تغییرفازدهنده اضافه می‌شوند و یا خریداری شده و مورداستفاده قرار می‌گیرند.

ولی در این تحقیق، نانوذرات اکسید آهن به صورت هم‌زمان سنتز و در کامپوزیت اسیدهای چرب/پلی‌استر بارگذاری شدند.

با درنظرگرفتن این موارد، کامپوزیت‌های حساس به دمای سنتزشده با این روش نه تنها می‌توانند مشکل هدایت حرارتی ضعیف و نشت ترکیبات در هنگام چرخه‌های سرمایش/گرمایش را برطرف کنند بلکه به صورت تک‌مرحله‌ای تولید شده و نیازی به سنتز جداگانه نانوذرات و بارگذاری آن‌ها، فرآیندهای الکتروریسی و نانو/میکرو کپسول‌کردن و یا استفاده از حلال ندارند که از جمله مزایای آن به شمار می رود.

کامپوزیت‌های الیافی سنتزشده می‌توانند در مصارف مختلف ذخیره و مدیریت انرژی حرارتی با توجه به محدوده دمای کاربردی آن‌ها (°C۵۴.۱-۲۶.۹) به کار برده شوند.

به عنوان مثال، در صنعت ساختمان، این کامپوزیت‌ها را می‌توان در دیواره ساختمان جاسازی کرده و انرژی حرارتی ساختمان را مدیریت کرد.

این مواد به هنگام فراوانی انرژی (مثلاً در طول روز) گرما را از اتاق گرفته و ذخیره می‌کنند و در هنگام کمبود انرژی (مثلاً در هنگام شب)، انرژی ذخیره‌شده را به محیط پس می‌دهند و بدین ترتیب به‌عنوان عایق دینامیکی عمل کرده و دمای اتاق را بر روی دمای مطلوب نگه می‌دارند.

از جمله کاربردهای دیگر این کامپوزیت‌ها، صنایع نساجی، پلیمر، بسته‌بندی مواد غذایی و سلول‌های خورشیدی و حتی عایق باتری‌های لپ‌تاپ هستند.

به این صورت، با به‌کارگیری این کامپوزیت‌ها می‌توان انرژی حرارتی را مدیریت کرده و دمای مطلوب را برای کاربرد خاص به‌دست آورد.

به‌عنوان مثال می‌توان آن‌ها را به‌عنوان روکش دور باتری لپ‌تاپ استفاده کرده تا به هنگام افزایش دما، گرما جذب آن‌ها شده و در نتیجه دمای باتری کاهش یابد و در یک سطح مطلوب باقی بماند.

در این پژوهش، نانوذرات اکسید آهن با استفاده از روش احیای شیمیایی با به‌کارگیری تری اتانول آمین و کلیاب (یک محصول گیاهی) سنتز شدند.

سنتز ذرات اکسید آهن در مقیاس نانو سبب پخش مناسب ذرات در ماتریس مواد تغییر فازدهنده اسیدهای چرب شده و در نتیجه میزان استفاده از ذرات کاهش یافته و بازده هدایت حرارتی افزایش یافته است.

گردآوری:کیوسک نانو