Project

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Aluminium-silicon based phase change material structures for high-temperature latent heat storage

English title Aluminium-silicon based phase change material structures for high-temperature latent heat storage
Applicant Haussener Sophia Eva Martha
Number 153780
Funding scheme NRP 70 Energy Turnaround
Research institution Laboratoire de la science et de l'ingénierie de l'énergie renouvelable EPFL - STI - IGM - LRESE
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Material Sciences
Start/End 01.11.2014 - 31.12.2018
Approved amount 273'409.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Material Sciences
Mechanical Engineering

Keywords (5)

ceramic-metal composite; multi-scale modeling; multi-physics modeling; latent heat storage; high temperature

Lay Summary (German)

Lead
Wärmespeicherung für hohe Temperaturen (über 400°C) ist wichtig für Anwendungen im Bereich der Prozessindustrie oder für die Speicherung von Elektrizität durch adiabate Druckluftspeicherung.Die Wärmespeichermaterialien sollen dabei eine hohe spezifische Energiedichte haben, sollen effizient die Wärme mit dem Wärmeträgermedium austauschen, sollen die Wärme nach der Speicherung mit klar definierten Eigenschaften freigeben, und sollen dies konstant über den gesamten Lebenszyklus tun. Es gibt noch kein Material-System welches alle diese Eigenschaften für Hochtemperaturwärme aufweist, und gleichzeitig kostengünstig und nachhaltig ist.
Lay summary

In dem Projekt werden wir mit experimentellen und rechnerischen Methoden untersuchen welche Strukturen und Materialkombinationen zu einem effizienten und langlebigen Hochtemperaturwärmespeicher führen, und diese Material-Strukturen herstellen und testen. Speziell werden wir Metall-Keramik Gemische in komplexen Anordnungen untersuchen. Diese Wärmespeichermaterialen machen von der latenten Wärme gebrauch (Wärme die während einem Phasenwechsel, z.B. von fest nach flüssig, frei wird) und ermöglichen, dass die Wärme bei einer klar definierten Temperatur (z.B. der Schmelztemperatur) freigegeben wird. Die metallische Speicherphase und die komplexe Anordnung ermöglichen einen effizienten Wärmetransport. Die keramische Zwischenschicht stellt sicher, dass die Speicherphase und der Behälter nicht miteinander reagieren und degradieren. Der Behälter gewährleistet die strukturelle Integrität.

Wir werden auf die Anwendung dieser Materialien in der Speicherung von Elektrizität durch adiabate Druckluftspeicherung fokussieren und sicherstellen, dass sie in ein Gesamtsystem eingebunden werden können.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 16.10.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Phase Change Material Systems for High Temperature Heat Storage
David Perraudin, Selmar Binder, Ehsan Rezai, Alberto Ortona, Sophia Haussener (2015), Phase Change Material Systems for High Temperature Heat Storage, in CHIMICA, 69(12), 780-783.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
HSLU Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
ETH Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
SUPSI Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Swiss Symposium Thermal Energy Storage 2016 Talk given at a conference Phase Change Material Systems for High Temperature Heat Storage 22.01.2016 Luzern, Switzerland binder selmar; Haussener Sophia Eva Martha;


Self-organised

Title Date Place
Thermal Energy Workshop 14.12.2018 HSLU Horw, Switzerland
Thermal Energy Workshop 11.12.2017 EPFL Lausanne, Switzerland

Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Stockage d’électricité par compression d’air adiabatique Talk 07.11.2017 Lausanne, Switzerland Haussener Sophia Eva Martha;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: print media, online media A huge battery made of air Swissinfo German-speaking Switzerland Western Switzerland Italian-speaking Switzerland International 2016
Media relations: radio, television Forschen für die Energiewende SRF Einstein German-speaking Switzerland 2015

Abstract

Electricity storage via Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (AA-CAES) shows promise in being a cost-effective and high performing alternative to Pumped Hydro Energy Storage (PHES). AA-CAES stores electricity by using current to drive a compressor that pressurizes a fluid. Heat is extracted from the pressurized fluid and then stored in the heat storage unit while the cooled, pressurized fluid is kept in a sealed cavern. Upon release the fluid is reheated by the stored heat and used in subsequent power cycles to drive a turbine-generator assembly. One of the challenges in AA-CAES system is its design and its integration into the downstream power cycle. Predictable and stable fluid conditions at the AA-CAES outlet are desired to maximize efficiency and stability of the downstream process. Combining sensible and latent heat storage options are therefore of interest, as they show promise in improving the controllability and stability of the outlet conditions. This project will focus on the design and testing of the incorporation of latent heat storage to a combined sensible/latent heat storage AA-CAES solution, with a goal to control and stabilize the temperature of the stored and discharged fluid. Specifically, we aim for the design of encapsulated Phase Change Material (PCM) structures that use the Al-12%Si eutectic alloy as PCM, stainless steel as encapsualtion, and a porous ceramic interlayer. The Al-12%Si alloy has thermal characteristics that are attractive compared with other metallic phase change materials. The ceramic interlayer prevents chemical interaction between the PCM and the encapsulation material while preserving adequate rates of heat transfer.
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