Possibilities of the Temperature History Method for Assessing the Physico-Chemical Properties of Phase Change Materials on the Example of Zn(NO3)2·6H2O and Co(NO3)2·6H2O

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе сделан анализ основных математических моделей расчета теплоемкости и энтальпии кристаллизации по результатам измерений методом температурной истории. На примере кристаллогидратов Zn(NO3)2·6H2O и Co(NO3)2·6H2O показано, что метод температурной истории может быть применен как дополнение к методу дифференциальной сканирующей калориметрии при измерении навески вещества массой от 5 до 30 г в условиях естественного охлаждения. Определено, что наилучшим методом расчета энтальпии кристаллизации является метод термической задержки. По результатам измерений определено, что энтальпия кристаллизации Co(NO3)2·6H2O составила 131.8 Дж/г, энтальпия плавления — 131.4 Дж/г. Энтальпия кристаллизации Zn(NO3)2·6H2O составила 128.9 Дж/г, энтальпия плавления — 157.4 Дж/г. Учет вклада теплоемкости в переохлажденной области, равного 16.9 Дж/(г °C), позволяет сделать вывод о корреляции этих двух величин.

About the authors

D. S. Testov

Dubna State University

Email: dima13-1994@yandex.ru

S. V. Morzhukhina

Dubna State University

Email: dima13-1994@yandex.ru

A. M. Morzhukhin

Dubna State University

Author for correspondence.
Email: dima13-1994@yandex.ru

References

  1. Тестов Д.С., Моржухина С.В., Гашимова В.Р., Моржухин А.М., Кирюхина Г.В., Попова Е.С., Гасиев А.Л., Крюкова-Селиверстова А.В.Получение и исследование физико-химических свойств фазопереходных теплоаккумулирующих материалов на основе гексагидрата нитрата цинка // Журн. физ. химии. 2024. Т. 98. № 2. С.11–27. https://doi.org/10.31857/S0044453724020027
  2. Testov D.S., Morzhukhina S.V., Gashimova V.R., Morzhukhin A.M., Kryukova-Seliverstova A.V., Denisova E.A., Sobol O.V.The informational reliability evaluation of zinc nitrate hexahydrate physicochemical properties for applied research // Russ. J. Phys. Chem. A. 2024. V. 98. № 11. P. 2415–2424. https://doi.org/10.1134/S0036024424701589
  3. Kenisarin M., Mahkamov K.Salt hydrates as latent heat storage materials: thermophysical properties and costs // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016. V. 145. P.255–286. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.10.029
  4. Chakraborty A., Noh J., Shamberger P., Yu Ch.Unveiling real-time crystallization with nucleators and thickeners for zinc nitrate hexahydrate as a phase change material // J. Energy Storage. 2023. V. 5. № 4. P. e417. https://doi.org/10.1002/est2.417
  5. Kumar N., Banerjee D., Chavez Jr. R. Exploring additives for improving the reliability of zinc nitrate hexahydrate as a phase change material (PCM) // J. Energy Storage. 2018. V. 20. P.153–162. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.09.005
  6. Dixit P., Reddy V.J., Dasari A., Chattopadhyay S.Preparation of perlite based-zinc nitrate hexahydrate composite for electric radiant floor heating in model building and numerical analysis // J. Energy Storage. 2022. V. 52. P. 104804. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104804
  7. Małecka B., Łącz A., Drożdż E., Małecki A.Thermal decomposition of D-metal nitrates supported on alumina // J. Therm. Anal. Calorim. 2015. V. 119. P. 1053–1061. https://doi.org/10.1007/s10973-014-4262-9
  8. Mehling H., Ebert H.P., Schossig P.Development of standards for materials testing and quality control of PCM // 7th IIR Conf. on phase change materials and slurries for refrigeration and air conditioning. Dinan. 2006. P. 8.
  9. Yinping Z., Yi J.A simple method, the-history method, of determining the heat of fusion, specific heat and thermal conductivity of phase-change materials // Meas. Sci. Technol. 1999. V. 10. №. 3. P.201–205. https://doi.org/10.1088/0957-0233/10/3/015
  10. Hong H., Kim S.K., Kim Y.S.Accuracy improvement of T-history method for measuring heat of fusion of various materials // Int. J. Refrig. 2004. V. 27. № 4. P.360–366. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2003.12.006
  11. Sandnes B., Rekstad J.Supercooling salt hydrates: stored enthalpy as a function of temperature // Sol. Energy. 2006. V. 80. №. 5. P.616–625. https://doi.org/10.1016/j.solener.2004.11.014
  12. Marín J.M., Zalba B., Cabeza L.F., Mehling H.Determination of enthalpy–temperature curves of phase change materials with the temperature-history method: improvement to temperature dependent properties // Meas. Sci. Technol. 2003. V. 14. № 2. P. 184. https://doi.org/10.1088/0957-0233/14/2/305
  13. Kravvaritis E.D., Antonopoulos K.A., Tzivanidis C.Improvements to the measurement of the thermal properties of phase change materials // Meas. Sci. Technol. 2010. V. 21. № 4. P. 045103. https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/4/045103
  14. Kravvaritis E.D., Antonopoulos K.A., Tzivanidis C.Experimental determination of the effective thermal capacity function and other thermal properties for various phase change materials using the thermal delay method // Appl. Energy. 2011. V. 88. № 12. P. 4459–4469. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.05.032
  15. Solé A., Miró L., Barreneche C., Martorell I., Cabeza L.F.Review of the T-history method to determine thermophysical properties of phase change materials (PCM) // Renewable Sustainable Energy Rev. 2013. V. 26. P.425–436. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.05.066
  16. Huang Z., Xie N., Luo Z., Gao X., Fang X., Fang Y., Zhang Zh.Characterization of medium-temperature phase change materials for solar thermal energy storage using temperature history method // Sol. Energy Mater. Sol. Cells.2018. V. 179. P.152–160. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.11.006
  17. Thonon M., Gilles F., Zalewski L., Pailha M.Analytical modelling of PCM supercooling including recalescence for complete and partial heating/cooling cycles // Appl. Therm. Eng. 2021. V. 190. P. 116751. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116751
  18. D’Avignon K., Kummert M.Assessment of T-history method variants to obtain enthalpy-temperature curves for PCMs with significant subcooling // J. Therm. Sci. Eng. Appl. 2015. V. 7. № 4. P. 041015. https://doi.org/10.1115/1.4031220
  19. Garg H.P., Mullick S.C., Bhargava V.K.Solar thermal energy storage. Dordrecht: Springer, 1985. 642 p. https://link.springer.com/book/10.1007/978-94-009-5301-7
  20. Riesenfeld E H., Milchsack C.Versuch einer Bestimmung des Hydratationsgrades von Salzen in Konzentrierten Lösungen // Z. Anorg. Chem. 1914. V. 85. № 1. P.401–429. https://doi.org/10.1002/zaac.19140850123
  21. Guion J., Sauzade J.D., Laügt M.Critical examination and experimental determination of melting enthalpies and entropies of salt hydrates // Thermochim. Acta. 1983. V. 67. № 2. P.167–179. https://doi.org/10.1016/0040-6031(83)80096-3
  22. Кипер Р.А. Свойства веществ: Справочник по химии. Хабаровск, 2013. 1016 с.
  23. Aboul-Enein S., Ramadan M.R.I. Storage of low temperature heat in salt-hydrate melts for heating applications // Sol. Wind Technol. 1988. V. 5. P. 441–444. https://doi.org/10.1016/0741-983X(88)90011-2
  24. Abhat A., Aboul-Enein S., Malatidis N.A.Latent heat thermal energy storage. Determination of properties of storage media and development of a new heat transfer system (in German) // Research report № 82-016, Stuttgart, 1982. P. 193.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).