Advanced strategies for energy conversion efficiency enhancement using engineered PCM

使用工程 PCM 提高能量转换效率的先进策略

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2018-04000
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research program will examine the application of engineered phase change materials (PCM) in the thermal management of energy conversion devices. Recent assessments show that Canada is warming at a faster rate than most regions in the world mainly due to the greenhouse gas (GHG) emissions. The transportation, building and electricity sectors were responsible for about half of Canada's total GHG emission in 2015. Therefore, there is a huge demand on energy conversion efficiency in these sectors in order to reduce the total GHG emission.***The current research aims to tackle the sources of GHG emission in transportation and electricity sectors by enhancing thermal management systems through employing advanced engineered PCM. This research program includes numerical and experimental works that will be performed on two phases. In the first phase of investigations, various equipment such as thermal conductivity analyzer, X-ray diffraction and Raman spectroscopy are employed to characterize the nano-enhanced phase change materials (NePCM).***In the second phase, the effectiveness of these materials in the thermal management of battery modules and photovoltaic (PV) cells is investigated through different experimental setups. These consist of a state-of-the-art cooling/heating wind tunnel, a fully automated battery tester and an infrared solar simulator. This system will be utilized to perform indoor tests on the battery modules and PV-cells under cold temperatures and different air velocities that are common in Canada. The short-term effects of these materials on the system performance, as well as their long-term effects on the global environment will be investigated. ***The results of the first phase of the current program will improve the understanding of the effects of nanoparticle networks on the thermophysical properties of the based PCM. It will also broaden the knowledge on the effects of sub-zero temperature solidification on the thermal conductivity enhancement of NePCM. Completion of the second phase will provide sound capability in the establishment of design and control strategies for the advanced PCM-based thermal management systems. The results will further assist to identify which aspects and properties need to be reinvestigated and altered to achieve the optimal performance of PCM-based thermal management systems in cold climate conditions.***The research program proposed provides a solution to the most persistent low thermal conductivity problem of PCM in thermal management of batteries and PV cells. Additionally, it develops new knowledge that establishes the foundations for the highly efficient synthesis of carbon-based NePCM and the wide application of these environmental-friendly technologies in the Canadian climate. This work offers training of highly qualified personnel which will benefit the automotive, environmental and renewable energy industries in Canada.
该研究计划将研究工程相变材料(PCM)在能量转换设备的热管理中的应用。最近的评估表明,加拿大的变暖速度要比世界上大多数地区更快,这主要是由于温室气体(GHG)的排放量。运输,建筑物和电力部门负责2015年加拿大总体温室气体排放量的一半。因此,这些部门的能源转化效率的需求巨大,以减少GHG的总温室排放。*** ***当前的研究目标是通过采用先进的工程PCM来增强热管理系统,以解决运输和电力部门中温室气体发射的来源。该研究计划包括将在两个阶段进行的数值和实验工作。在研究的第一阶段,采用了各种设备,例如热导率分析仪,X射线衍射和拉曼光谱法来表征纳米增强相变材料(NEPCM)。***在第二阶段,这些材料的有效性在电池模块和光伏(PV)细胞的热管理中,通过不同的实验设置进行了研究。这些由最先进的冷却/加热风洞,全自动电池测试仪和红外太阳能模拟器组成。该系统将用于在寒冷温度和加拿大常见的不同空气速度下对电池模块和PV细胞进行室内测试。这些材料对系统性能的短期影响以及它们对全球环境的长期影响将得到研究。 ***当前程序的第一阶段的结果将提高人们对纳米颗粒网络对基于PCM热物理特性的影响的理解。它还将扩大对零温度固化对NEPCM热导率增强的影响的知识。第二阶段的完成将在为高级基于PCM的热管理系统的设计和控制策略建立设计和控制策略中提供合理的能力。结果将进一步帮助确定哪些方面和特性需要重新审查和更改,以在寒冷的气候条件下实现基于PCM的热管理系统的最佳性能。***提出的研究计划为最持续的低热量提供了解决方案PCM在电池和PV电池的热管理中的电导率问题。此外,它开发了新知识,从而为基于碳的NEPCM高效合成以及这些环境友好的技术在加拿大气候中的广泛应用而建立了基础。这项工作提供了高素质的人员培训,这将使加拿大的汽车,环境和可再生能源行业受益。

项目成果

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  • 通讯作者:
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