고체-고체 상변화 물질의 신뢰성 향상

고체-고체 상변화 물질(PCM)은 열에너지 저장(TES) 분야에서 누액 방지, 캡슐화 요구사항 감소, 설계 유연성 등 여러 장점을 제공한다. 특히 펜타글리세린(PG) 및 펜타에리트리톨(PE)과 같은 유기 플라스틱 결정(OPC)은 높은 잠열과 조절 가능한 전이 온도를 갖지만, 결정상에서의 취약성, 제한된 가공성, 열 순환 중 거시적 변형 등의 문제로 실제 적용에 한계가 있었다. 본 연구는 섬유화되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더를 도입하는 재료 공학 전략을 제안한다. 전단 유도 PTFE 섬유화 및 정제(tableting) 공정을 통해 PG 및 PE 복합재를 제작했으며, OPC 매트릭스 내부에 상호 연결된 섬유 네트워크를 형성했다. 이 네트워크는 OPC의 고유한 고체-고체 열 저장 기능을 유지하면서 결정상에서 기계적 보강 및 연성 향상을 제공한다. PTFE 강화 복합재는 반복적인 열 순환 조건에서 영구 변형 감소 및 팽창-수축 손상 완화와 함께 현저히 향상된 형상 안정성을 보였다. 상변화 온도와 잠열은 OPC 상에 의해 주로 결정되었으며, 과냉각 값은 해당 시스템에서 보고된 낮은 범위에 속했다. 추가적으로 열전도도 향상 및 흡습성 감소 효과도 확인되었다. 이 연구는 PTFE 섬유화를 통해 OPC의 핵심적인 재료 수준 병목 현상인 열 순환 중 거시적 형상 안정성 손실을 극복할 수 있음을 입증한다. 결과적으로 개발된 복합재는 보호 코팅 및 추가 보강을 포함한 미래 TES 통합 전략을 위한 기반 플랫폼을 제공한다.