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Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
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Energie et ressources vertes
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Une revue des matériaux à changement de phase à base de liquide ionique imidazolium pour
le stockage d'énergie thermique à basse et moyenne température et leurs applications
Qi Liun, Shaohui Wangun, Meimei Zhouun, Xuekun Lub,c, Geng Qiaod, Chuan Liun,*, Yuting Wuun
unLaboratoire clé du MOE pour le transfert de chaleur amélioré et la conservation de l'énergie, Beijing Laboratoire clé du transfert de chaleur et de la conversion d'énergie, Université de technologie de
Beijing, Beijing, 100124, Chine
bLaboratoire d'innovation électrochimique, Département de génie chimique, University College London, WC1E 7JE, Royaume-Uni
cÉcole d'ingénierie et de science des matériaux, Queen Mary University of London, Mile End Rd, E1 4NS, Londres, Royaume-Uni
dInstitut de recherche sur l'interconnexion énergétique mondiale Europe GmbH, 10117, Berlin, Allemagne
INFO ARTICLE
ABSTRAIT
Mots clés:
L'application des liquides ioniques (IL) dans le domaine du stockage d'énergie thermique suscite une attention croissante en raison de
Liquides ioniques à base d'imidazolium
leurs propriétés thermophysiques, telles qu'une température de changement de phase réglable, une faible inflammabilité/volatilité et une
Matériaux à changement de phase
bonne stabilité thermique et chimique. Une utilisation récente a été fournie par la National Aeronautics and Space Administration (NASA),
Propriétés thermophysiques
Comportement de transition de phase
qui a utilisé des matériaux à changement de phase eutectique (PCM) composés d'IL fonctionnels pour gérer l'environnement spatial
extrême (rayonnement solaire et froid/chaud extrême) des engins spatiaux habités pour de futures explorations en profondeur. Bien que
le concept de stockage de chaleur latente pendant la transition de phase des IL ne soit pas nouveau, les applications à grande échelle
utilisant ce concept n'ont pas encore réalisé tout leur potentiel. En outre, bien qu'un nombre considérable d'études aient été publiées sur
les PCM traditionnels, les informations sur les IL et leur application restent non systématiques ; ainsi, des avantages tels que les
modifications structurelles des cations et des anions pour des propriétés chimiques et de phase réglables sont négligés à long terme dans
le domaine du stockage d'énergie thermique. Cette revue vise à fournir les informations nécessaires sur le choix des IL bien étudiés et à
promouvoir de nouvelles recherches dans ce domaine. Cette revue aborde d'abord les défauts des PCM traditionnels, puis passe en revue
et résume les IL couramment utilisés en termes de structure chimique, de mécanismes de transition de phase et de propriétés
thermophysiques. Enfin, les applications des PCM à base d'IL sont présentées en détail et les problèmes existants, les solutions et les
orientations de recherche futures sont proposés.
1. Introduction
L'efficacité énergétique est limitée et son application est limitée. Par conséquent, les améliorations
apportées aux technologies de stockage d'énergie ont reçu une attention mondiale.
La consommation d’énergie toujours croissante a entraîné une augmentation des émissions de CO2
Les gouvernements ont proposé aux émissions de gaz à effet de serre de
La technologie de stockage d'énergie thermique (TES) est utilisée pour stocker l'excès
d'énergie via des supports de stockage de chaleur et la libérer lorsque cela est nécessaire. Elle
diminuer pour faire face aux conséquences du changement climatique mondial. Le
peut être classée en stockage de chaleur sensible (SHS), stockage de chaleur latente (LHS) et
gouvernement chinois promet de réduire les émissions de CO2.2émissions de CO2
stockage d'énergie thermochimique (TCHS). La technologie LHS utilise principalement des
d'ici 2030 et s'efforcer d'atteindre la neutralité carbone d'ici 2060. Ainsi, les
matériaux à changement de phase (PCM) pour absorber et libérer efficacement la chaleur
technologies de production d'énergie renouvelable telles que l'énergie solaire,
pendant le processus de changement de phase et présente l'avantage de propriétés chimiques
l'énergie éolienne et la bioénergie ont progressivement reçu une attention
stables et d'une grande capacité thermique (C-ardenas-Ramírez et al., 2020). En tant que forme
particulière (Li et al., 2021). Fin 2019, les capacités éoliennes et photovoltaïques
de changement de phase la plus étudiée, les PCM solide-liquide présentent les avantages d'une
installées accumulées en Chine ont atteint respectivement 210 GW et 205 GW (Li et
température constante et de processus réversibles pendant le changement de phase, d'une
al., 2021). En termes de CO2contrôle des émissions, deux voies de transformation
grande chaleur latente de changement de phase, d'une large plage de températures de
de l'énergie, de conservation de l'énergie et de réduction des émissions ont été
changement de phase, etc. (Su et al., 2015), et sont largement utilisés dans la production
proposées (Wang et al., 2021). Cependant, la production d'énergie nouvelle est
d’énergie solaire (Tahan Latibari et Sadrameli, 2018), production d'énergie photovoltaïque (
considérablement affectée par l'environnement naturel, ce qui entraîne une faible
Bayrak et al., 2020), conservation de l'énergie dans les bâtiments
* Auteur correspondant.
Adresse email:lichuan@bjut.edu.cn (C. Li).
https://doi.org/10.1016/j.gerr.2023.100010
Reçu le 8 octobre 2022 ; Reçu sous forme révisée le 4 janvier 2023 ; Accepté le 16 mars 2023
2949-7205/©2023 Les auteurs. Publié par Elsevier BV pour le compte de l'Université de Shandong. Il s'agit d'un article en libre accès sous la licence CC BY-NC-ND (http://
creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
(Sharifi et al., 2017), récupération de chaleur perdue (Du et al., 2018), réfrigération
(Liu et al., 2022a), textile (Pakdel et al., 2019) et d'autres domaines. Des discussions
détaillées concernant les propriétés thermophysiques, les défis et les applications
des PCM à basse température ont été fournies dans de nombreuses revues (Liu et
al., 2022b;Pereira da Cunha et Eames, 2016;Hameed et al., 2022;Eanest Jebasingh
et Valan Arasu, 2020;Peng et al., 2018). Jusqu'à présent, il est évident qu'aucun
PCM parfait ne peut répondre à toutes les exigences du stockage d'énergie
thermique à différentes températures. Par conséquent, une demande croissante
est apparue pour un nouveau stockage d'énergie qui offre des propriétés
thermiques idéales et qui est sûr, économique et stable dans le contexte d'une
utilisation pour des applications données.
Les liquides ioniques (IL) sont généralement caractérisés par leurs propriétés
chimiques stables, leur large gamme de liquides, leur incombustibilité, leur large
fenêtre électrochimique et leur polarité réglable (Gao et al., 2021); ils sont donc
largement utilisés dans les réactions chimiques vertes et les processus de
production plus propres (Welton, 1999). La pression de vapeur extrêmement
Fig. 2.Variation du point de fusion et de l'enthalpie de transition de phase des alcanes à chaîne linéaire en
faible, la bonne stabilité thermique et la conception de la structure ajustable des IL
fonction de la longueur de la chaîne (Peng et al., 2018).
jouent un rôle important dans le domaine du stockage d'énergie (Jiang et al., 2022
), et les inconvénients des PCM actuels (inflammabilité, volatilité et corrosivité)
Les PCM organiques non paraffiniques comprennent généralement des acides gras,
sont négligeables dans de nombreux IL. Le point de fusion des IL peut être ajusté
des lipides, des alcools et des polymères (Parameshwaran et al., 2012), qui sont moins
en modifiant la combinaison d'anions et de cations ou en ajustant la chaîne alkyle
corrosifs et ininflammables que la paraffine (Nie et al., 2020). Les acides gras
et en chargeant des groupes fonctionnels, qui vont de -96-C à 359-C (Venkatraman
comprennent l'acide stéarique, l'acide laurique, l'acide myristique et l'acide palmitique (
et al., 2018). Les IL offrent donc de nouvelles solutions pour le stockage de
Pakdel et al., 2019), et leurs propriétés chimiques sont déterminées par leurs groupes
l'énergie thermique renouvelable. Récemment, les matériaux à transition de
fonctionnels. Pour résoudre les problèmes de surfusion et de séparation de phases, des
phase à base d'IL ont reçu une attention croissante pour leurs avantages uniques,
méthodes d'encapsulation et des composites à forme stabilisée à base de matériaux
comme en témoigne la tendance croissante des publications au cours des 15
poreux ont été proposées ;Wang et al. (2022b)Le nanocomposite de silicium PCM à base
dernières années dansFig. 1.
d'acide palmitique a été préparé par la méthode « sol-gel ». La composition présente une
conductivité thermique supérieure à celle du matériau pur et peut donc être utilisée pour
2. Matériaux à changement de phase conventionnels
améliorer l'efficacité du stockage de chaleur du système de stockage de chaleur.Yuan et
al. (2018a)préparé une nano-capsule à changement de phase avec une conductivité
En tant que PCM les plus utilisés, les PCM organiques peuvent être classés en matériaux
thermique élevée et une bonne stabilité thermique, en utilisant l'acide stéarique comme
paraffiniques et non paraffiniques, dont les températures de changement de phase sont
matériau de base et la silice comme matériau de coque.Tableau 1résume les propriétés
généralement inférieures à 100-C (Huang et al., 2017a). La paraffine présente les avantages d'une
thermophysiques des PCM organiques couramment utilisés.
chaleur de dissolution élevée, d'un sous-refroidissement proche de zéro, d'une faible pression de
Les PCM inorganiques comprennent principalement des hydrates cristallins, des sels
vapeur, de propriétés chimiques stables, d'une nucléation homogène, d'aucune séparation de
fondus, des alliages métalliques et d'autres substances inorganiques (Parameshwaran et
phase, d'aucune corrosivité, d'un prix bas, etc. (Parameshwaran et al., 2012), malgré les
al., 2012).Tableau 2résume les propriétés thermophysiques des PCM organiques
inconvénients d'une faible conductivité thermique, d'une faible densité et d'une inflammabilité.
couramment utilisés. Les PCM inorganiques sont moins chers que les PCM organiques ;
Comme le montreFig. 2, la température de transition de phase de la paraffine augmente avec
cependant, les défauts de surfusion et de séparation de phase entravent le
l'augmentation de la longueur de la chaîne droite, et la croissance ralentit lorsque la longueur de
développement de sels hydratés. La surfusion est un phénomène naturel qui maintient
la chaîne atteint une certaine valeur (Peng et al., 2018). L'enthalpie de transition de phase montre
un PCM dans son état liquidus à une température inférieure à sa température de
une tendance similaire à celle de la température de transition de phase. Il est à noter que le
solidification, empêchant ainsi la libération de chaleur latente. Les méthodes permettant
système binaire mixte de paraffine avec une grande différence de longueur de chaîne présente
de réduire la surfusion comprennent les impuretés, l'ajout d'un agent de nucléation, le
toujours des caractéristiques eutectiques, ce qui n'est pas conforme à la thermodynamique de
doigté à froid, la nucléation ultrasonique, l'énergie potentielle élastique, l'agitation et la
base et à la loi de miscibilité. Par conséquent, de nouvelles combinaisons, y compris les systèmes
microencapsulation (Parameshwaran et al., 2012). Certains sels hydratés perdront une
ternaires, devraient être étudiées plus en détail (Peng et al., 2018).
partie de leur eau cristalline lors de la fusion, et certains perdront même complètement
leur eau cristalline et deviendront des sels inorganiques purs. Lorsque le sel hydraté se
solidifie, un phénomène de délaminage appelé séparation de phase se produit. La
séparation de phase peut affecter la solubilité, le volume et la densité des sels hydratés,
ce qui peut à son tour provoquer un changement dans la conductivité thermique, le taux
de transfert de chaleur et la quantité de chaleur latente disponible pour le cycle suivant.
Les solutions habituelles pour résoudre la séparation de phase consistent à ajouter des
agents épaississants ou de nucléation ou à utiliser les petits pores des matériaux poreux.
Les métaux et leurs alliages présentent de grands avantages en termes de
développement dans les systèmes de stockage d'énergie à chaleur latente en raison de
leur densité de stockage d'énergie élevée, de leur faible changement de volume pendant
la fusion, de leur bonne stabilité thermique et de leur conductivité thermique des
dizaines voire des centaines de fois supérieure à celle des autres PCM. Récemment, les
métaux et alliages à bas point de fusion, tels que les alliages à base de gallium, de
bismuth, d'étain et d'indium, ont attiré une grande attention et ont commencé à être
utilisés comme PCM à basse température. D'excellents travaux ont été réalisés pour
examiner les propriétés thermophysiques des métaux et de leurs alliages pour le
stockage d'énergie thermique renouvelable (Kenisarin et Mahkamov, 2007). Cependant,
le point de fusion des métaux diminue généralement après le mélange et des problèmes
Fig. 1.Nombre de publications liées aux matériaux de transition de phase liquide ionique (LI) au
tels que la corrosion à chaud et la fatigue thermique restent sans solution. Jusqu'à
cours des 15 dernières années (les données sont obtenues auprès de ScienceDirect).
présent, l'application des métaux et de leurs alliages est encore très limitée.
2
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
Pour résoudre les problèmes de faible conductivité thermique, d'inflammabilité, de
Tableau 1
Propriétés thermophysiques des matériaux à changement de phase organiques (PCM) couramment
surfusion et de séparation de phase des PCM conventionnels, des méthodes de
utilisés.
composition telles que l'encapsulation ou la stabilisation de la forme des matériaux
Matériel
n-tétradécane
Fusion
Latent
indiquer
chaleur
(-C)
(J/g)
conductivité
(F/m-1/K)
5,50
228,00
0,21
Thermique
poreux ont été proposées (Atinafu et al., 2020). La microencapsulation est une méthode
Réf.
prometteuse pour protéger les PCM de base contre les fuites, avec une résistance
mécanique améliorée, une stabilité du cycle thermique améliorée et une durée de vie
prolongée. Comme indiqué dansTableau 3, les méthodes d'encapsulation consistent
Mehling et Cabeza
(2008);Cabeza et al.
(2011)
n-Pentadécane
10,00
205,00
0,17
n-Hexadécane
16,70
237.10
0,21 (s)
principalement enin situpolymérisation, polymérisation en suspension, polymérisation
interfaciale, polymérisation en lotion et méthode sol-gel. Il existe également quelques
Su et al. (2015),
études utilisant la précipitation chimique ou une combinaison des méthodes ci-dessus. La
Sharma et coll., (2009)
n-Heptadécane
21,70
213,00
0,21 (s)
n-Octadécane
28,00
244,00 $
0,36 (s), 0,14 (l)
température de changement de phase et la chaleur latente varient dans la plage de
Su et coll. (2015);
Sharma et coll. (2009)
-18,19 à 85-C et 13~192 J/g, respectivement. La surfusion des microcapsules PCM peut
Liu et coll. (2022b),
être inhibée ou éliminée en ajoutant des agents de nucléation ou en modifiant la
Cabeza et coll. (2011)
n-Nonadécane
n-Eicosane
32,00
36,70
222,00
246,00 $
0,21 (s)
0,15 (s)
composition/structure des microcapsules PCM (Parameshwaran et al., 2012). Une étude
Liu et coll. (2022b),
Sharma et coll. (2009)
détaillée de l'encapsulation des PCM peut être trouvée dans plusieurs revues. Pour
Liu et coll. (2022b),
améliorer la conductivité thermique et inhiber la surfusion des PCM, des nanotubes de
Sharma et coll. (2009)
carbone, du graphène, des nanoparticules et d'autres agents de nucléation ont été
Liu et coll. (2022b),
utilisés pour former des PCM composites (Xu et al., 2022). Cependant, ces méthodes
Cabeza et coll. (2011)
n-Hénéicosane
n-Docosane
n-Tricosane
n-tétracosane
40.20
44,00
47,50
50,60
200,00
0,21 (s)
réduisent la chaleur latente du système thermique et augmentent le coût total, alors que
Liu et coll. (2022b),
Sharma et coll. (2009)
les défauts de base du PCM ne peuvent pas être éliminés. Par conséquent, de nouveaux
Cabeza et coll. (2011)
232,00
–
–
PCM, tels que les IL, sont apparus comme des candidats prometteurs et des sujets de
Sharma et coll. (2009)
255,00 $
0,21 (s)
Liu et coll. (2022b),
recherche importants dans le domaine de l'énergie thermique.
249,00 $
Sharma et coll. (2009)
n-Pentacosane
n-Hexadécane
49,40
56.30
238,00
–
Sharma et coll. (2009)
256,00 $
0,21 (s)
Su et coll. (2015),
3. Liquides ioniques – matériaux à changement de phase
Cabeza et coll. (2011)
n-Heptacosane
58,80
236,00
0,21 (s)
n-Octacosane
61,00
63,40
65,40
16,50
29,62
44.02
255,00 $
–
–
–
–
–
Sharma et coll. (2009)
0,16 (50-C)
Cai et coll. (2012),
Liu et coll. (2022b),
Les IL sont généralement composés d'un gros cation organique et d'un petit anion
Cabeza et coll. (2011)
n-Nonacosane
n-Triacontane
Acide octoïque
Acide décanoïque
Acide laurique
Acide myristique
Acide palmitique
Acide stéarique
53,73
62.11
68,96
240,00
251,00
148,30
139,77
182,30
187,30
212.10
222,80
inorganique avec des températures de fusion relativement basses (généralement < 100C). En fonction de leur développement, les IL ont connu la première génération d'AlCl3
Cabeza et coll. (2011)
Sharma et coll. (2009)
systèmes (Wasserscheid et Keim, 2000) et la deuxième génération avec des
Xu et coll. (2019)
caractéristiques de résistance à l'eau (Wilkes et Zaworotko, 1992) (y compris
Mei et coll. (2011)
–
–
–
l'imidazolium, les cations pyridine et les halogénures, le tétrafluoroborate [BF4]-,
Chen et coll. (2012)
hexafluorophosphate [PF6]-et l'imide bis(trifluorométhylsulfonyle) [Tf2N]-anions). La
Cai et coll. (2012)
troisième génération est celle des IL fonctionnalisés (Silva et al., 2021), avec des groupes
Cai et coll. (2012)
fonctionnels ou leurs structures spéciales introduits dans l'anion et le cation des IL
Cai et coll. (2012)
fonctionnalisés pour avoir une fonction ou une caractéristique spéciale (Zeng et al., 2017).
s indique l'état solide, l indique l'état liquide.
Par exemple, comparé
Tableau 2
Propriétés thermophysiques des matériaux à changement de phase inorganiques (PCM) couramment utilisés.
Matériel
Point de fusion (-C)
Chaleur latente (J/g)
Conductivité thermique (W/m-1/K)
Réf.
LiClO3⋅3H2Oh
8.00
18,50
30,00
30,00
155,00
231,00
190,80
296,00
–
–
–
Zn(NO3)2⋅6H2Ouais
32,40
33,00
34.30
36,40
251,00
247,00
115,50
130,00
0,54
–
–
–
2HPO4⋅12H2O
35,00 à 44,00
280,00 $
N / A2S2O3⋅5H2O CH
48,00 à 55,00
187,00, 209,00
226,00, 264,00
0,47 (l)
0,51 (s)
0,57 (20-C)
Mehling et Cabeza (2008)
Dixit et al. (2022)
Mili-an et al. (2017) Mehling et
Cabeza (2008), Jankowski et
McCluskey (2014) Kenisarin et
Mahkamov (2016) Dixit et al.
(2022)
Dixit et coll. (2022) Dixit et
coll. (2022) Mehling et
Cabeza (2008)
KF⋅4H2O
CaCl2⋅6H2O
Lino3⋅3H2O
N / A2DONC4⋅10H2
Ouais2CO3⋅10H2O
CaBr2⋅6H2O
0,74 à 0,80 (s)
Ba(OH)2⋅8H2O
58,00
78,00
265,00 $, 280,00 $
Mg(NO3)2⋅6H2O
89,00
149,00
74 % Ga–22 % Sn–4 % Cd
20.20
24,60
75,20
85.03
36,00
28,90
25,00
32,60~45,80
29,00
34.30
3COONa⋅3H2O
93 % Ga–5 % Zn–2 % Cd
47,5 % Bi–25,4 % Sn–9,5 % Cd–4 % In 49
57,00 à 65,00
% Bi–21 % In–12 % Sn
% Bi–26 % Pb–22 % In
58,00
61,00
70,00
70,00
42,5 % Bi–37,7 % Pb–11,3 % Sn–8,5 % Cd
71,00 à 88,00
33 % Bi–16 % Cd–51 % In
50 % Bi–26,7 % Pb–13,3 % Sn–10 % Cd 52
s indique l'état solide, l indique l'état liquide.
3
–
0,67 (98,2-C)
1,25 (23-C)
0,50 (110-C)
0,61 (37-C)
–
–
15,00
10,00
–
18h00 à 19h00
–
–
Mehling et Cabeza (2008)
Dixit et al. (2022)
Mehling et Cabeza (2008)
Dixit et al. (2022)
Jankowski et McCluskey (2014)
Jankowski et McCluskey (2014)
Jankowski et McCluskey (2014)
Jankowski et McCluskey (2014)
Jankowski et McCluskey (2014)
Jankowski et McCluskey (2014)
Jankowski et McCluskey (2014)
Jankowski et McCluskey (2014)
Q. Li et al.
avec l'IL non fonctionnel [C4[MIM] [Tf2N], [(allyl)C ammonié1je suis] [Tf2N] a
une densité, un poids moléculaire, une viscosité et un CO plus élevés.2
capacité d'adsorption (Zareiekordshouli et al., 2016).
(2009b) Fang et al. (2014)
(2009a) Zhang et Wang
(2017b) Zhang et Wang
et coll. (2014) Chaiyasat et
coll. (2013)Huang et al.
Lashgari et coll. (2017) Tang
(2020) Parvate et coll. (2021)
coll. (2020) Zhao et coll.
Zhao et coll. (2020) Zhao et
Wang et al. (2016)
Ma et coll. (2018)
Chen et coll. (2013)
- et al. (2016)
Li et al. (2013)
coll. (2019) Sahan et Paksoy
(2017) Feczko
Shi et coll. (2019) Huo et
Wei et coll. (2013)
Silakhori et al. (2013)
Réf.
Yuan et coll. (2015)
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
Les méthodes de synthèse couramment utilisées pour les IL comprennent les
réactions d'alkylation, les métathèses d'anions, les réactions acide-base et les
réactions de composés hétérocycliques (Schubert, 2020). L'amination des IL peut
être obtenue par la tétraternalisation de l'ammoniac et des dérivés de l'ammoniac
(tels que les agents aminolylants dialkyl sulfate ou sulfonate) et des dérivés de la
phosphine, tels que la synthèse de [C1C2im][OTf] et [C1C2je suis][C2DONC4] (
l'intermédiaire est remplacé par d'autres anions, créant ainsi deux produits IL
hydrophiles ou hydrophobes.øLes réactions acide-base de Lewis sont
normalement utilisées pour préparer des IL d'ammonium tels que le nitrate et le
–
7h00 à 12h00
20,00
7h00 à 13h00
c1.5.00
hydrophobes sont d'abord formés via un intermédiaire, et l'anion de
–
60,00 à 210,00
16.00~52.2
24.00~42.10
28,6~64,30
22,90
1,00 à 5,00
2,00 à 5,00
–
0,20 à 0,50
994,00
0,02 à 0,70
5.74
0,20 à 0,40
6.40
0,30 à 0,50
<20,00
Taille des particules (μm)
Schubert, 2020). En termes de métathèse anionique, les produits hydrophiles et
formate d'éthylammonium, et les réactions acide-base de Lewis ont été proposées
84.04
80.10
29.40~96.30
22.51
84,20
92,00
76,40
61,23
3.1. Caractéristiques structurelles des liquides ioniques
–
85,6
70,98
55,70~59,40
82,20
54.30
75,60
31,70
11h00
49,60
49,70
87,00
52,95
66,54
Encapsulation
efficacité (%)
pour la synthèse d'IL à base de tétrachloruminate (Schubert, 2020).
Les structures d'anions et de cations des ILs, couramment étudiées, sont
présentées dans Fig. 3En fonction du type de cation, les IL peuvent être divisés en
phosphore quaternaire (Atkin et Warr, 2007). Les IL à base d'imidazolium sont les
plus étudiés en raison de leurs propriétés les plus fines, notamment un large
spectre d'IL à température ambiante, une conductivité élevée, des interactions
42.57
192,00
222,00
146,50
165.10
174,80
19h30 à 63h10
30,39
110,53
116.19
182,00
–
156,86
107.07
132,60
45,50
13h00
87.10
65.10
121,70
64,93
85,69
Chaleur latente (J/g)
sels d'imidazolium, sels de pyridinium, sels d'ammonium quaternaire et sels de
dispersives qui facilitent la dissolution du soluté, un faible point de fusion et une
large fenêtre de stabilité électrique. Les IL à base d'imidazolium sont des
augmente l'adaptabilité de l'imidazolium (Sadanandhan et al., 2019;Vrane-s et al.,
2019). Les cations pyrazole et imidazolium ont la même structure cyclique
25,68
22,60
30.32
26,91
27,73
70,90
16,90 à 20,40
17,50
6,65
- 18.19
- 8.69
25,00 à 50,00
57,96
60,49
56,50
–
21.42
35,85
49,00
29,00 à 44,00
sur le cycle imidazolium peut subir de multiples réactions chimiques, ce qui
49,70
53,80
Changement de phase
température (-C)
composés hétéroatomiques riches en azote. L'azote aminé formé par l'atome N
hétéroaromatique, alors que les positions des atomes d'azote sont différentes.
L'atome d'azote adjacent dans le cation pyrazole affecte sa distribution de charge ;
par conséquent, l'attraction entre les ions est différente et les propriétés
Polymérisation en émulsion
Polymérisation interfaciale
Polycondensation interfaciale
Polymérisation in situ
Polymérisation en suspension
Polymérisation en suspension
Polymérisation en suspension
Polymérisation en suspension
Polymérisation en suspension
Polymérisation en suspension
Polymérisation en suspension
Auto-assemblage
polycondensation in situ
Hydrolyse et
Sol-gel
Hydrolyse interfaciale et
polycondensation in situ
Auto-assemblage
Polymérisation en suspension
Polymérisation interfaciale
Polymérisation in situ
Polymérisation interfaciale
Polymérisation in situ
Polymérisation in situ
Méthode de préparation
longueur de la chaîne alkyle, car plus la chaîne alkyle est longue, plus la liaison C–
N se rompt facilement lorsqu'elle est chauffée(Vin€(Artner, 2008)Les IL de
pyrrolidine, de pyridine, de pipéridine et de morpholine sont couramment utilisés
comme catalyseurs ou agents d'extraction.Dimitrijevi-c et al. (2017)synthétisé des
IL alkyles de pyrrolidine pour l'extraction de pesticides polaires, etLee et Liew
(2021)IL pyridiniques synthétisés pour la dégradation rapide des plastiques.
Les anions courants qui forment les IL sont les halogénures, les tétrafluoroborates,
les hexafluorophosphates et le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide, avec l'ordre de stabilité
n-Dotriacontane
n-Octadécane
n-Octadécane
n-Octadécane
n-Octadécane
n-Octadécane
n-Hexadécane
Hexadécane
n-tétradécane
n-Dodécane
(RT28-RT42)
n-Trialcane
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Paraffine
Matériau de base
[Tf2N]-> [PF6]-> [BF4]->halogénures. Les propriétés thermophysiques des IL sont affectées
à la fois par le type d'anion et par l'environnement de la solution. Par exemple, l'acidité
de [C4[MIM][Cl–AlCl3] change avec la teneur molaire en AlCl3(x),présentant une neutralité
(x¼0,5), alcalin (x >0,5) ou acide (x <0,5) propriétés. Les IL halogènes sont très instables
dans l'air et se décomposent facilement dans l'eau. Les IL tétrafluoroborates ont été
rapport aux IL halogènes. Les liquides anioniques comprennent le sulfate d'hydrogène, le
phosphate de dihydrogène, le trifluorométhanesulfonate et le sulfate d'alkyle, tels que [C
2[MIM] [HSO4] (Sun et al., 2018), [C4[MIM] [H2PO4] (Wang et al., 2014), [C4[MIM] [TfO] (Jia
et al., 2022), et [C4[MIM][DS] (Ouyang et al., 2022).
Les IL sont généralement caractérisés par leurs propriétés chimiques stables, leur
large gamme de liquides, leur incombustibilité, leur large fenêtre électrochimique et leur
polarité réglable (Gao et al., 2021); ils sont donc largement utilisés dans les réactions
chimiques vertes et les processus de production plus propres (Welton, 1999). De plus, la
pression de vapeur extrêmement faible, la bonne stabilité thermique et la conception de
la structure ajustable des IL jouent un rôle important dans le domaine du stockage
d'énergie (Jiang et al., 2022), et leur riche comportement de cristallisation en fait
PS
Polyurée
Polyuréthane
Résine mélamine formaldéhyde
TiO2
PDVB
3.2. Avantages des liquides ioniques comme matériaux à changement de phase
co-MMA
TiO2nanoparticule/4-méthylstyrène-co-divinylbenzène BA-
PS-co-PMMA
PS-co-PMMA
PS-co-PMMA
CaCO3
SiO2
TiO2
PEDMA/SiO2
SiO2
SiO2
Urée-formaldéhyde
PMMA
Polyamide
Polyaniline
SiO2/ALLER
développés à partir de l'IL imidazolium [C2[MIM][BF]4] et sont relativement stables par
Matériau du mur
Résumé des paramètres de propriétés physiques des microcapsules à changement de phase à base de paraffine.
Tableau 3
physiques et chimiques sont différentes (Chiappe et al., 2013; Ishimaru et al., 2011
). La stabilité des IL à base de pyrazolyle diminue avec l'augmentation de la
également la future orientation du stockage d'énergie à changement de phase
4
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
Fig. 3.La structure cationique et anionique des liquides ioniques (IL) est couramment utilisée (Gao et al., 2021;de Jésus et Maciel Filho, 2022).
matériaux (Beil et al., 2021). Des IL ayant des propriétés physiques et chimiques
Les systèmes ternaires sel-organique-eau sont souvent utilisés avec des longueurs de chaîne
différentes peuvent être obtenues en modifiant la combinaison d'anions et de
différentes ou en utilisant des systèmes ternaires sel-organique-eau, mais leur faible conductivité
cations, en ajustant les chaînes alkyles et en chargeant des groupes fonctionnels.
thermique et leur forte corrosivité constituent toujours des goulots d'étranglement dans leurs
Du point de vue des combinaisons d'anions et de cations, il existe 1018types d'IL
applications. De plus, le contrôle de la température n'est pas le seul indicateur d'un
au total (Hasan et al., 1999), couvrant une large gamme de plages de liquides et de
environnement de stockage réel de la chaîne du froid. Prenons l'exemple d'un stockage
températures de transition de phase, avec des températures de transition de
frigorifique climatisé, la norme est une température de stockage réglable à -2~15-C, l'humidité
phase allant de -96-C à 359-C (Liu et al., 2022b). De plus, la bonne stabilité
relative RH est réglable à 75%~95% et le CO2La teneur en humidité est réglable entre 1 et 10 %.
thermique et l'ajustement structurel des IL conduisent à un meilleur potentiel de
De plus, il existe un besoin urgent de matériaux pour la chaîne du froid dotés de fonctions
développement en tant que matériaux de stockage d'énergie à changement de
antivirales et antibactériennes. Cependant, ces caractéristiques ne peuvent pas être facilement
phase.Xu et Cheng (2021)a résumé les propriétés de décomposition thermique de
obtenues à l'aide de PCM basse température traditionnels.
130 IL et a constaté que les températures de décomposition de la plupart des IL
Les IL d'imidazolium présentent les avantages de zones de température de transition
sont supérieures à 200-C et certains même au-dessus de 400-C [C2MIM][NTf2], [C3
de phase adaptées, d'anticorrosion, d'antibactérien, de température/humidité réglables
MIM][NTf2], [C7MIM][NTf2] En termes d'IL imidazolium, une substitution méthyle
et de composition gazeuse et peuvent être utilisés efficacement dans le domaine de la
en position C2sur le cycle imidazolium peut améliorer la stabilité thermique, qui
logistique moderne de la chaîne du froid. De nombreuses études ont montré que les IL
peut être encore améliorée lorsqu'elle est associée à [NTf2]-, [BF4]-et [PF6]-(Xu et
d'imidazolium ont non seulement une capacité d'adsorption physique élevée du CO2
Cheng, 2021).
mais leurs groupes basiques peuvent également être chimiquement adsorbés et
Les IL d'imidazolium ont été largement étudiés en raison de leur synthèse facile et de
désorbés du CO2(Liu et al., 2021). Le procédé présente les avantages de ne pas polluer
leur grande stabilité. Le point de fusion de l'imidazolium change avec la longueur de la
secondaire, de réduire la corrosion des équipements, etc. (Cuellar-Franca et Azapagic,
chaîne carbonée (indiqué dansFig. 4), qui est attribuée aux forces internes, notamment la
2015), et en augmentant l’espace réglementaire pour les caractéristiques du CO2
force de van der Waals, la force électrostatique, la force de Coulomb, la liaison
et O2composants du gaz dans le stockage de la chaîne du froid (Gao et al., 2021). De plus,
hydrogène, le groupe fonctionnel, la symétrie et d'autres facteurs entre les ions. La
les IL imidazolium peuvent réguler et équilibrer la pression de vapeur de l'eau dans une
température de fusion de l'imidazolium couvre une large plage allant de -87-C à 208-C,
large plage de températures en ajustant les groupes anioniques et cationiques ; ainsi, ils
qui convient au stockage cryogénique de l'énergie. En termes de stockage à basse
peuvent être utilisés pour le contrôle de l'humidité dans les réfrigérateurs à absorption (
température, les PCM couramment utilisés sont la paraffine organique et les sels
Huang et al., 2020). Les IL d'imidazolium présentent également d'excellentes
hydratés (Liu et al., 2022b). Les PCM conventionnels couvrent différentes températures
performances antibactériennes à long terme (Gao et al., 2021) en raison de la présence
de la chaîne du froid en mélangeant des alcanes avec
de groupes imidazolium, de chaînes alkyles hydrophobes et de
5
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
la paraffine a une influence significative sur la cristallisation. Le noyau ne se forme
que lorsque le nombre d'atomes de carbone dépasse une certaine limite
inférieure et que la proportion d'alcanes ramifiés diminue jusqu'à une certaine
proportion (Wang et al., 2022c). Après la formation du noyau cristallin, il continue
de croître pour former une grande structure cristalline, et son mode de croissance
est déterminé par la structure de l'interface liquide-solide. Les alcanes normaux
avec de petits atomes de carbone peuvent entraver la formation d'agrégats
amorphes stables, compromettant ainsi le processus de cristallisation de la
paraffine (Wang et al., 2022c).
Le comportement de transition de phase des IL passe par plusieurs étapes, en
fonction des structures cationiques et anioniques, de la vitesse de refroidissement
et des étapes de recuit. Les étapes de transition de phase d'un IL imidazolium
représentatif, [C10MIM][NON3], sont affichés dansFig. 5(Abe et Kishimura, 2022).
Dans la première étape, les domaines nanocristallins se sont formés
indépendamment, mais un arrangement des domaines était encore nécessaire
pour un refroidissement ultérieur. Ensuite, la corrélation d'orientation entre les
domaines nanocristallins dans la deuxième étape, indispensable pour atteindre
l'ordre à longue portée, induit un domaine cristallin à l'échelle mésoscopique.
Enfin, une structure de couche homogène apparaît à longue portée au dernier
Fig. 4.Point de fusion de [CnLes liquides ioniques (IL) à base de MIM varient en fonction de la longueur de la
stade, et le processus de croissance cristalline ne peut pas se produire en continu
chaîne (Hu et Peng, 2014).
en raison d'un effet d'ancrage partiel induit par la nano-hétérogénéité et les
faibles interactions ioniques entre les cations et les anions. Le comportement à la
cations. L'interaction électrostatique entre la chaîne alkyle hydrophobe et la paroi
fusion du 1-éthyl-3-méthylimidazolium bis(trifluorométhylsulfonyl)imide ([C2MIM]
cellulaire conduit à la fuite de substances dans les cellules, éliminant ainsi les
[TFSI]) montre que l'IL subit des transitions en deux phases (Rotnicki et al., 2020):
bactéries (Gao et al., 2021). Les effets antibactériens des IL imidazolium sur les
une transition solide-solide à 230 K et une transition de fusion à 257 K, dans
bactéries gram-positives et gram-négatives dépendent de la longueur de la chaîne
lesquelles le processus de fusion n'est pas homogène. La transition solide-solide
alkyle. La détermination de la longueur optimale de la chaîne alkyle peut donner
peut être décrite comme un réarrangement interne des groupes moléculaires
une meilleure lipophilie, obtenir un pouvoir destructeur plus fort sur les
possédant des degrés de liberté rotationnels dans la phase solide.
membranes bactériennes et avoir des effets antibactériens efficaces. Avec l'ajout
Les mécanismes de fusion et de cristallisation des IL sont assez complexes, non
d'ions métalliques à la coordination à base d'imidazolium, les propriétés
seulement les vitesses auxquelles l'échantillon est chauffé ou refroidi, mais aussi la phase
antibactériennes des petites molécules et des matériaux membranaires sont
à partir de laquelle l'échantillon est solidifié influencent de manière assez significative
améliorées (Gao et al., 2021). Enfin, les IL imidazolium formeront un film sur la
leurs caractéristiques de transition de phase (C- Anji et al., 2019). Refroidissement supérieur
surface de l'acier dans les milieux acides, ce qui peut éviter le contact direct entre
les taux conduisent souvent à un sous-refroidissement plus important et à une
l'acier et les environnements corrosifs pour inhiber la corrosion (Kobzar et
cristallisation incomplète, en raison de la cinétique de transition de phase plus lente.Abe
Fatyeyeva, 2021). L'efficacité anticorrosion peut être encore améliorée par la
et Kishimura (2022)ont étudié la transition de phase du nitrate de 1-décyl-3-
présence d'hétéroatomes, de groupes polaires, de fragments ou de liaisons
méthylimidazolium ([C10MIM][NON3]) à basse température et ont constaté que la
conjuguées dans les IL. Cependant, ces caractéristiques ne peuvent pas être
cristallisation était supprimée à des taux de refroidissement supérieurs à 9-C/min, tandis
facilement obtenues à l'aide de PCM traditionnels (Kobzar et Fatyeyeva, 2021;
que la transition de phase à plusieurs étapes pourrait être identifiée entre 5-C/min et 8-C/
Deyab et al., 2022).
min. À des vitesses de refroidissement élevées (> 9-C/min), les mouvements de rotation
Malgré les grands avantages des IL, leur coût élevé freine encore leurs
des chaînes alkyles ont été gelés de manière aléatoire, empêchant ainsi la nucléation des
applications futures. Certaines études ont suggéré que les obstacles pourraient
cristaux comme effet de non-équilibre. À une faible vitesse de refroidissement (< 9-C/
être surmontés en utilisant des IL protiques, dont la production est plus facile et
min), les mouvements collectifs des chaînes alkyles ont été favorisés et les modes de
moins coûteuse que les IL aprotiques (0,7~1,4 $/kg contre 50 $/kg) (Pimienta et al.,
rotation excités thermiquement ont été progressivement supprimés, conduisant à une
2022;Sun et al., 2017;Papa et al., 2015). Avec le développement de la technologie
distribution aléatoire des domaines nanocristallins avec un désordre d'orientation. La
de synthèse, le prix des IL imidazolium (l'un des types d'IL aprotiques les plus
température de recuit de l'échantillon atteinte pendant le processus de cristallisation et le
courants) a chuté de façon spectaculaire à 1,0 à 10,0 $/kgAlibaba (2022), similaire
recuit ultérieur ont joué le rôle le plus important dans les informations cristallines.
au prix de la cire de paraffine raffinée. Le recyclage des LI peut encore réduire leur
Paulechka et al. (2007)observé quatre modifications cristallines pour [C2MIM][NTf2] et six
coût d'application industrielle, mais le coût de récupération doit également être
formes cristallines de [C8MIM][NTf2] en utilisant des mesures calorimétriques. Si [C2MIM]
pris en compte. Liang et al. (2021)recyclé [C2[MIM]èmeet ainsi4]2-en utilisant d'abord
[NTf2] a été maintenu à
l'ultrafiltration et l'électrodialyse à membrane bipolaire, puis reconstitué pour
- 10ouC à -21-C avant les mesures de calorimétrie, alors crIV s'est formé. Si la
température de recuit était inférieure à -38-C ou supérieur à -13-C puis crI
s'est normalement formé.
former [C2MIM][HSO4] IL. Le taux de récupération des ions était proche de 95,4 %
et 95,9 %, respectivement, et le coût total de récupération de [C2MIM][HSO4] était
1,47~8,37 $/kg.
En plus de la vitesse de refroidissement et de l'étape de recuit, l'effet de la
structure IL sur la transition de phase a été largement étudié pour divers types
d'IL. L'augmentation de la taille des ions, de l'anisotropie et de la flexibilité interne
3.3. Mécanisme de transition de phase des matériaux à base de liquides ioniques
devrait réduire Tm, alors que l'augmentation des interactions dispersives entre les
chaînes alkyles devrait augmenter TmDans les cations imidazolium, le mouvement
La compréhension du comportement de transition de phase est cruciale pour
l'application potentielle des PCM dans le stockage d'énergie thermique. En tant
de torsion des groupes alkyles peut donner lieu à des équilibres conformationnels
que PCM organiques les plus courants, la paraffine subit trois étapes lors du
(Vin€artiste, 2008). Il est probable que la coexistence de ces conformères affecte
changement de phase solide-liquide : la formation de clusters amorphes stables,
de manière significative la structure liquide et a des conséquences de grande
la transformation des atomes des clusters amorphes en cristallins et la
portée sur les propriétés globales des IL. Comme le montreFig. 4, les chaînes
transformation des atomes à la surface du noyau cristallin en cristallins. En raison
alkyles plus longues (n > 8) ont également des points de fusion plus élevés car
de l'existence de substances hétérogènes, le processus de cristallisation de la
leurs cations sont plus hydrophobes et forment des interactions de van der Waals
paraffine est dominé par la nucléation hétérogène, qui se produit principalement
(Berthod et al., 2018;Plechkova et Seddon, 2008). En termes de sels d'imidazolium
sur les surfaces des grains et des parois des vaisseaux d'autres substances. Le
homologues à [PF4]-, cations à chaînes alkyles courtes (Cn
3) former des cristaux-
phases tallines avec des températures de fusion relativement élevées
nombre d'atomes de carbone et d'atomes terminaux de
6
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
Fig. 5.Processus de transition de phase à plusieurs étapes lors du refroidissement. Les triangles rouges fermés révèlent le [NO3]-anions (Abe et Kishimura, 2022).
IL à base d'imidazolium à 25~70-C et a établi le polynôme du second
ordre suivant :
(Vin€artiste, 2008). Sels avec des longueurs de chaîne alkyle intermédiaires (4 Cn<
12) présentaient une large gamme de liquides avec de faibles températures de
fusion et une tendance prononcée à la surfusion. Les ions à longues chaînes
alkyles (Cn
(1)
CP¼0:004T2- 0:7Tème7
12) a donné lieu à des diagrammes de phases complexes impliquant
phases cristallines liquides.
La capacité thermique des IL n'a pratiquement pas changé à des taux de
chauffage supérieurs à 20-C/min. De même,Stejfa et al. (2021)ont étudié la
3.4. Propriétés thermophysiques des liquides ioniques
capacité thermique du liquide IL du [C1C2Je suis]èmecation apparié avec huit anions
différents et a établi l'équation polynomiale suivante :
Les propriétés physiques et chimiques des IL peuvent être améliorées en changeant
-
(2)
Cp;mR¼unèmebdT = θÞ þcdT=θÈME2
les anions, en ajustant les chaînes alkyles et en chargeant des groupes fonctionnels avec
des fonctions spéciales pour concevoir et obtenir les IL cibles. Ainsi, les IL sont des
solutions vertes avec une large gamme de propriétés thermophysiques. La recherche sur
où a, b et c sont les coefficients de corrélation, constante molaire des gaz R¼8,31 J/
les propriétés thermophysiques se concentre principalement sur les effets de la structure
K et θ¼298,15 K, respectivement. Les résultats ont montré que les données
des IL/forces internes des IL sur la chaleur de changement de phase, la chaleur
obtenues par cette méthode étaient cohérentes avec la méthode de calorimétrie
spécifique, le point de fusion, la chaleur de décomposition et la stabilité thermique, en
par chute et adiabatique.
utilisant des méthodes de simulation de modèle et d'analyse de mesures expérimentales
3.4.2. Enthalpie thermique
(Aparicio et al., 2010).Tableau 4résume les propriétés thermophysiques des IL étudiées.
Comparés aux PCM conventionnels comme la paraffine, les IL imidazolium
présentent une chaleur de fusion relativement faible (ΔHm¼59,00~152,56 kJ/kg) et
le ΔH le plus élevém(152,56 kJ/kg) a été détecté pour les bromures
3.4.1. Capacité thermique
d'alkylimidazolium à longue chaîne [C16MIM]Br avec température de fusion Tm¼
De nombreuses études ont montré que la capacité thermique des IL est étroitement
- Anji et al. (2019)étudié
liée à la longueur et à la structure de leur chaîne alkyle, à leur réseau de liaisons
63,91-C (Zhu et al., 2009). De la même manière,C
hydrogène et à la température. L'IL halogène [C16Le MIM]Br, qui est généralement
IL imidazolium avec des substituants à longue chaîne alkyle [C16C1je suis]èmepour
considéré comme instable, s'est avéré atteindre une chaleur de fusion et une capacité
une utilisation potentielle en tant que PCM et a constaté que [C16C1im]Cl a une
thermique aussi élevées que 126,62 J/g et 2,31 J/(g·K), respectivement, et une bonne
enthalpie de fusion (ΔHf) de 159 kJ/kg (dépendance des taux de chauffage) lors de
stabilité thermique jusqu'à 97-C (Zhu et al., 2009). La capacité thermique des IL binaires
la fusion à environ 64-C. La faible enthalpie thermique est attribuée aux grands
d'imidazolium est généralement inférieure à celle d'un seul car le réseau de liaisons
volumes moléculaires et à la compétition subtile entre les forces de van der Waals
hydrogène des IL binaires est moins développé que celui des cations simples, ce qui
et de Coulomb, ce qui entraîne un emballage ionique frustré qui empêche la
conduit à une absorption de chaleur moindre (Zhang et al., 2018a).Aller
- mez et al. (2018)
cristallisation des IL.
L'enthalpie thermique est sensible à la structure IL, et la croissance des liaisons
comparé les capacités thermiques d'une série de [Cn[Mpyr][NTf]2] IL et ont
découvert que la capacité thermique augmentait avec l'augmentation des chaînes
hydrogène et des atomes de carbone augmentera la chaleur de transition de phase.
alkyles cationiques. Ils ont également comparé les capacités thermiques IL de
Anggraini et al. (2021)ont constaté que l'enthalpie des IL imidazolium diminue avec
différents cations et ont découvert que l'IL alkyle à base de pyrrolidine avait une
l'augmentation de la longueur du carbone alkyle (n)quandn <8, mais la tendance
capacité thermique plus élevée que les IL à base de pyridine et d'imidazolium. En
converge lorsquen >8, en raison des changements dans les forces de van der Waals avec
ajoutant un « –CH2–”groupe, la capacité thermique de l'imidazolium IL pourrait
différentes tailles de cations.Zhang et al. (2014)ont étudié les effets des cycles
être augmentée d'environ 35 J/(mol K) (Ge et al., 2008). Pour comprendre le lien
benzéniques, des anions et des groupes fonctionnels sur la chaleur de la transition de
entre la température et la capacité thermique, les chercheurs associent souvent
phase dans une série d'IL à base d'imidazolium. Les résultats ont montré que les trois
ces deux éléments à des polynômes.Fareghi-Alamdari et Hatefipour (2015)mesuré
structures affecteraient la formation de liaisons hydrogène dans les IL, ce qui entraînerait
la capacité thermique d'un nouveau produit fonctionnalisé par un azoture
des chaleurs de transition de phase différentes. La différence entre
7
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
Tableau 4
Résumé des paramètres thermophysiques des liquides ioniques (LI).
IL
Fusion
indiquer (-C)
[C2H5[OMIM]Br [C2
H3O2MIM]Br [C4H6
O2[MMIM]Fr [C2H3
O2[MMIM]Fr [C4H6
O2[BIM]Br [C2H3O2
[BIM]Br [C2(MIM)2]
(Br)2
[C2(je suis)2] (Br)2
[C2(pim)2] (Br)2
[C2(bim)2] (Br)2
[C4(MIM)2] (Br)2
[C4(je suis)2] (Br)2
71,85
176,85
149,85
147,85
92,85
156,85
188,32
184.21
102,88
100,65
115,45
131,34
110.12
32,45
115,86, 134,86
102,92
208,62
172,80
74,43
63,91, 40,2
83,74
68,20
98,55
Fusion
enthalpie (J/g)
Décomposition
Capacité thermique
Conductivité thermique
température (-C)
(J/gK)
(F/h/n)
78.04
104.21
92,95
57,92
45,53
46.37
116,26
125.17
60.15
54,42
115,69
102.13
17,86
86,70
159,35, 64,4
110.20
117,85
82.17
66,79
152,56
66,98
75,39
126,62
74,39
303,85
291,85
237,85
304,85
208,85
201,85
310,66
305.19
298,94
280,39
318,33
277,33
248,40
330,59
304,36
297,65
309,43
321,24
1,72
1,81
3.23
3.77
2.06
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0,20
–
–
0,87 (100-C)
0,83 (100-C)
–
–
2.83
0,94 (100-C)
[ODMIM][BF4]
–
–
432
[C2(MIM)2][BF4]2
[C4MIM][NTf2]
–
144,82, 145,00
94,41
53,49
355,94
409,00
–
–
1,88
2.09
–
–
–
–
–
–
–
–
1,63
1.28
1,83
–
1,52
[C2MIM][NTf2]
- 14,90
55,20
–
–
0,13 (20-C)
[C6MIM][NTf2] [C
–
–
–
63,20
52,96
–
–
1.23
1.21
0,12 (20-C)
1,73 (30-C)
0,14 (30-C)
[C2(MMIM)2] (Br)2
[C4(MMIM)2] (Br)2
[C4(C2H4je suis)2] (Br)2
[C4(C2H5(Oim)2] (Br)2
[C4(C2H3O2je suis)2] (Br)2
[C3(MIM)2] (Br)2
[C10[MIM]Fr
[C16[MIM]Fr
[C4[MMIM]Fr
[C10[MMIM]Fr
[C16[MMIM]Fr
[C4[MIM]Fr
[C8[MIM][BF]4] [C
2[MIM][BF]4]
8[MIM] [Tf2N]
–
–
14,85
–
48.19
–
–
–
–
–
272,85
404
445,85
400,00
431,00
0,122
0,12
–
16h40
–
–
[C2(MIM)2][NTf2]2
[C4[MIM][TFO]
139,63
15,70
–
452.41
392,00
–
1.41
–
0,14
[C8[MIM][PF]6]
[ODMIM][PF6]
–
–
405,00
421,00
[C4[MIM][PF]6]
–
–
9,90
68,97
349,00 $
1,59
2.61
1.44
–
–
0,14
[C2(MIM)2][PF6]2
[C4[MMIM]Cl
[C4[MIM]Cl
[C14[MIM]Cl
191,34
92,89
74,00
18,90
109,41 (kJ/mol)
76,38
18,00 (kJ/mol)
–
–
–
–
–
–
–
–
–
[ODMIM][Tf2N]
[C12[MIM] [Tf2N]
73,99
–
–
388,73
125,00
–
Réf.
Zhang et coll. (2014)
Zhang et coll. (2014)
Zhang et coll. (2014)
Zhang et coll. (2014)
Zhang et coll.
(2014)Zhang et al. (2014)
Zhang et al. (2018a),Liu et al. (2020b)
Zhang et al. (2018a),Liu et al. (2020b)
Zhang et al. (2018a)
Zhang et al. (2018a)
Zhang et al. (2018a),Liu et al. (2020b)
Zhang et al. (2018a)
Zhang et al. (2018a)
Zhang et al. (2018a)
Zhang et al. (2018a),Zhang et coll. (2018b)
Zhang et coll. (2018a),Zhang et coll. (2018b)
Zhang et coll. (2018a)
Zhang et coll. (2019)
Zhu et coll. (2009)
Zhu et al. (2009),Anggraini et coll. (2021) Zhu
et coll. (2009)
Zhu et coll. (2009)
Zhu et coll. (2009)
Zhu et al. (2009),Rooney et coll. (2010)
Mora et coll. (2019)
Zhu et al., 2009,Fabre et Murshed (2021)
Mora et al. (2019)
Zhang et al. (2019),Piper et coll. (2022) Zhu et
coll. (2009),Fabre et Murshed (2021), Maton et
al. (2013)
Zhu et al. (2009),Ge et al. (2007),
Hu et Peng (2014)
Zhu et al. (2009),Ge et al. (2007)
Mora et al. (2019),Fabre et Murshed (2021)
Mora et al. (2019)
Hu et Peng (2014),Boldoo et al. (2021),
Boldoo et coll. (2022) Zhang et coll. (2019)
Hu et Peng (2014),Fabre et Murshed (2021),
Maton et coll. (2013) Mora et coll. (2019) Mora et
coll. (2019)
Zhu et al. (2009),Maton et al. (2013),
Hu et Peng (2014),Fabre et Murshed (2021)
Zhang et al. (2019)
Zhu et al. (2009)
Maton et al. (2013),Efimova et al. (2013)
Hu et Peng (2014)
L'IL de méthylimidazolium et l'IL de diméthylimidazolium sont caractérisés par le fait que
pression mais a légèrement diminué avec l'augmentation de la température. En ajustant
l'atome H en position du cycle benzénique 2 peut former des liaisons hydrogène avec
les données à l'aide de la régression des moindres carrés, une corrélation de conductivité
d'autres ions dans l'IL. La longueur de chaîne de l'IL de butyl imine est plus longue que
thermique peut être obtenue :
celle de l'IL de méthylimidazolium, ce qui empêche la formation de liaisons hydrogène, et
λðP; TÞ ¼un0èmeun1Tèmeun2Pèmeun3P⋅T
la charge négative du Cl anionique-est supérieure à celle du Br anionique-, qui forme
facilement des liaisons hydrogène. Les groupes fonctionnels peuvent directement
(3)
où les valeurs optimales des paramètres d'ajustement sont a0¼0,2071;
un1¼ -1,0368 10-4; un2¼9.5960 10-5; et un3¼ -1,7853 10-7
augmenter le nombre de liaisons hydrogène. Par conséquent, [C2H3O2MM]Br, [C4H6O2
MMM]Cl et les IL fonctionnalisés avaient plus de liaisons hydrogène et une chaleur de
donnent le meilleur résultat d'ajustement avec des erreurs inférieures à 2 %. C4MIMLa
transition de phase plus élevée.
détermination de la conductivité thermique de neuf IL imidazolium dans la plage de
température 0~80-C à pression atmosphérique en utilisant un appareil à plaques
3.4.3. Conductivité thermique
parallèles en régime permanent a montré une faible dépendance à la température par
De nombreuses études ont montré qu'un nombre considérable d'IL présentent une
De€ba et al. (2010). L'observation expérimentale et la configuration du modèle CSA-
conductivité thermique supérieure à celle des PCM traditionnels. La conductivité
LSSVM parAtashrouz et al. (2016)ont montré que la conductivité thermique de [C6[MIM]
thermique des IL est liée à la pression, à la température, à la longueur de la chaîne alkyle
[PF]6] augmente avec l'augmentation de la pression. Par conséquent, la conductivité
anionique, à la longueur de la chaîne alkyle cationique, à la teneur en humidité, etc.
thermique des IL est fortement affectée par la pression mais légèrement affectée par la
Zaripov et al. (2022)mesuré la conductivité thermique de [C2[MIM] [SCN] dans la gamme
température.
de 23 à 92-C à 11 isobares dans la plage de 0,098 à 30,18 MPa et a constaté que la valeur
La longueur de la chaîne alkyle affecte le point de fusion, la capacité thermique et la
augmentait linéairement avec
chaleur de transition de phase des IL et a une influence significative sur sa température.
8
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
conductivité thermique plus élevée de l’eau.
dégradation des cations.Knorr et al. (2020)ont évalué la stabilité de [C4C1je
suis][BF4] en termes de température et de temps de décomposition en
utilisant le modèle cinétique MOT et a constaté que l'IL restait stable
pendant 1 h à 190-C, 2 h à 181-C et 3 h à 174-C.Rezaeian et al. (2022) ont
analysé le mécanisme de décomposition des IL d'acides aminés sous l'angle
de la structure, de l'énergie et de la polarité environnementale, indiquant
que les réactions les plus probables au cours de leur décomposition sont le
réarrangement d'alkyle et SN2 réactions.
3.4.4. Température de fusion
4. Application des matériaux à changement de phase à base de liquides ioniques
conductivité.Oster et al. (2018)ont constaté que la conductivité thermique des IL
imidazolium diminue avec l'augmentation de la longueur de la chaîne alkyle
cationique, mais est presque indépendante du type anionique. La conductivité
diminue avec l'augmentation de la longueur de la chaîne alkyle lorsquen <6, alors
qu’elle a montré une tendance inverse lorsquen >6. De plus, pour les IL
hydrophiles, la teneur en eau peut augmenter la conductivité thermique de 15,24
% à 18,59 % (Ge et al., 2007;Oster et al., 2018), ce qui est clairement dû à la
La relation entre le point de fusion et les groupes cation/anion spécifiques a
été établie en mesurant 195 IL contenant de l'imidazolium, de la pyridine, du
4.1. Application des liquides ioniques au stockage de l'énergie solaire
pyrrole, de l'ammonium, du phosphore et du pipéridinyle (Keshavarz
et al., 2018):
L’énergie solaire est devenue cruciale pour offrir au monde la possibilité de réduire
Tm¼382:1èmeTchatcœurèmeTani
cœurème116:7Tème
m-121:8T- m
oùTmest le point de fusion,Tchat
son empreinte carbone et de lutter contre les conséquences du changement climatique (
(4)
Abdelrazik et al., 2022). La répartition saisonnière et régionale inégale de l'énergie solaire
est un problème majeur qui limite le développement de l'énergie solaire. Bien que la
cœurest la contribution du cation
technologie de stockage d'énergie à changement de phase puisse réduire l'hétérogénéité
cœurest la contribution de la composition anionique, etTème m
composition,Tani
etT-
dans une certaine mesure, le taux global d'utilisation de l'énergie est faible. En utilisant
msont les fonctions de correction. L'erreur maximale de cette méthode
de la paraffine dans les systèmes d'énergie solaire, les rendements de stockage et de
Il a été prouvé que la température de fusion des IL est bien inférieure à celle de la
libération de chaleur n'étaient que de 40,4 % et 4,2 % (O
méthode de contribution de groupe (GC), ce qui offre une nouvelle façon de prédire le
€turc, 2005). En raison de leurs propriétés spéciales, telles qu'une pression de
point de fusion. Le point de fusion des IL est également lié au rapport de taille des
vapeur négligeable et une large plage de liquidus, ils sont devenus un milieu de travail
particules des anions et des cations. Plus la taille de l'anion est grande, plus le point de
idéal dans les systèmes d'énergie solaire pour satisfaire aux exigences de
fusion des IL est bas. Ourikhinbam et Shagolsem (2022)étudié numériquement la
caractéristiques photothermiques (Das et al., 2021).Tableau 5compare les indices de
diminution de la température de fusion de 227-C à -87-C pour les IL lorsque le rapport de
stockage d'énergie des IL à base d'imidazolium et des supports de stockage d'énergie
taille anion/cation est passé de 1:1 à 3:1 car l'augmentation du rapport de taille a conduit
commerciaux. Les IL à base d'imidazolium ont une densité de stockage d'énergie et des
à une séparation plus longue du centre ionique et à une force de Coulomb plus petite.
conductivités thermiques plus élevées que les supports commerciaux, tandis que la
Venkatraman et al. (2018)prédit les points de fusion de plus de 2000 IL à l'aide de
viscosité élevée des IL nécessite un équipement de pompage avancé et un
diverses méthodes d'apprentissage automatique et détermine leur plage de points de
investissement plus élevé. Par conséquent, les IL ne sont pas comparables aux supports
fusion (-96~359-C). Bien que les méthodes d’apprentissage automatique ne puissent pas
de stockage d'énergie commerciaux si seule la chaleur sensible est impliquée. Compte
prédire des valeurs précises, elles peuvent prédire la tendance et la plage, fournissant
tenu de leurs caractéristiques de chaleur latente, les IL à base d'imidazolium sont un
ainsi une direction pour la synthèse et le criblage des IL.
meilleur support thermique et ont été utilisés dans les capteurs solaires paraboliques des
Les IL fonctionnalisés peuvent améliorer leurs points de fusion.Zhang et al.
centrales solaires (Valkenburg et al., 2005).
(2019)ont rapporté une série d'IL à base d'imidazolium dicationique contenant du
Das et al. (2021)ont étudié les caractéristiques de transfert et de stockage de chaleur
Br. Les résultats ont montré que le nombre de liaisons hydrogène dans les IL à
des IL comme supports de travail dans les systèmes de stockage d'énergie solaire en
base d'imidazolium dicationique a augmenté de manière significative et que le
termes de capacité de stockage d'énergie, de propriétés optiques, de stabilité thermique
point de fusion le plus élevé de [C2(MIM)2] (Br)2était de 208,32-C.Zhang et al.
et de conductivité thermique. Les résultats ont montré que la densité de stockage
(2018b) ont synthétisé une série d'IL fonctionnels en introduisant des groupes
d'énergie de nombreux IL d'imidazolium était supérieure à la valeur minimale requise de
vinyle, cyanoéthyle, hydroxyle et carboxyle dans le cation imidazolium. Le point de
1,9 MJ/(m-3/K) du système d'énergie solaire, et les IL avec des cations à longue chaîne ou
fusion de l'IL cyanométhylé [C2(C2H2(Nim)2] (Br)2atteint 211,84-C, indiquant que le
des cations binaires ont été privilégiés en raison de leurs capacités thermiques élevées.
point de fusion de l'IL fonctionnalisé était 34 % plus élevé que celui de [C2[MIM]Fr.
L'enthalpie thermique et la température de décomposition augmentent avec davantage
de liaisons hydrogène ; ainsi, les IL fonctionnels peuvent être utilisés pour améliorer la
densité thermique du stockage d'énergie solaire. De plus, l'ajout d'une petite quantité de
3.4.5. Température de décomposition
nanomatériaux optiquement sensibles peut améliorer la capacité des IL à absorber la
Les IL ont une meilleure stabilité thermique que les PCM traditionnels, dont les
lumière du soleil. En conséquence, les IL sont des supports de travail prometteurs pour
propriétés thermophysiques changent à peine après des milliers de cycles froid/
les systèmes de stockage d'énergie solaire.Liu et al. (2015)ont rapporté le changement
chaud. La sélection des cations et des anions est cruciale pour la détermination de
d'efficacité d'un capteur solaire lorsque le graphène/[C6[MIM][BF]4] a été utilisé comme
la température de décomposition ; plus la chaîne alkyle des IL imidazolium/
nanofluide. Les résultats montrent que l'efficacité du collecteur augmente avec
pipéridine/pyrrolidine est courte, plus la température de décomposition est basse
l'augmentation de la concentration solaire et de la hauteur du récepteur, mais sous une
(Kurtoglu-O €Ztulum et al., 2022). Pour les IL à base de phosphonium,
intensité solaire incidente concentrée, l'efficacité du récepteur est opposée à la
l'influence du type d'anion sur la température de décomposition est plus
évidente que celle du type de cation (Zheng et al., 2022).Kurtoglu-O
€ztulum et al.
concentration en graphène. Par conséquent, l'utilisation de graphène/[C6[MIM][BF]4] en
tant que capteur solaire à absorption directe, il offre de larges perspectives dans le cas de
(2022)ont découvert que la méthylation des substituants imidazolium, la position
fortes concentrations solaires.Mehrkesh et Karunanithi (2016)a développé une
de substitution et les changements dans la famille d'anions peuvent affecter de
conception IL assistée par ordinateur (CAILD) pour ajuster la structure IL en utilisant le
manière significative la température de décomposition. En termes d'anions,
modèle de calcul du système solaire MINLP (« programmation non linéaire en nombres
Belesov et al. (2022) ont étudié la stabilité thermique d'une série de [C4[MIM]èmeIL
entiers mixtes ») comme indiqué dansFig. 6, pour obtenir l'IL avec une densité, une
imidazolium et ont constaté que la stabilité suit l'ordre de [OAc]-<Cl-< [Mésoso4]-,
capacité thermique, un point de fusion et une température de décomposition thermique
correspondant à des températures de décomposition de 242-C, 290-C et 363-C,
optimaux. Les calculs montrent que l'IL à base d'imidazolium fonctionnalisé par
respectivement.
hydroxyle a une capacité de stockage d'énergie thermique optimale (la densité de
En plus des études expérimentales ci-dessus, une simulation numérique
est un outil puissant pour prédire la température de décomposition des IL.
Basée sur le modèle de relation quantitative structure-propriété (QSPR),
Venkatraman et Alsberg (2016)ont réussi à prédire la température de
décomposition thermique de près de 1000 IL et ont découvert que la
nucléophilie et la taille des anions jouent un rôle important dans
stockage est de 2,88 MJ/m3K) et un point de fusion approprié (129,8-C) et la température
de décomposition (578,1-C). Utilisation d'IL binaires ([C8[MIM][PF]6]/[ODMIM][PF6] et [C8
[MIM][PF]6]/[ODMIM][BF4]) comme solutions de base et des nanotubes de carbone
multiparois comme additifs,Cherecheş et al. (2021)ont comparé les propriétés
thermophysiques des matériaux hybrides avec le fluide commercial Thermonal VP-1. Il a
été constaté que la chaleur
9
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
(2005)
Touazi et al. (2021),
Wang et al. (2022a),
Song et al. (1994),
Mert et al. (2022),
Zheng et al. (2021)
Valkenburg et coll.
Ge et coll. (2007)
Mora et al. (2019),
Zhu et al. (2009),
Liu et al. (2020a),
densité de stockage d'énergie a été augmentée de 9,4 % et 284 % respectivement
par rapport à celle du fluide conventionnel. Par conséquent, les matériaux binaires
à haute densité de stockage d'énergie sont des systèmes potentiels de stockage
d'énergie solaire.Wang et al. (2022d)ont exploré les propriétés thermophysiques
des IL [C2H5[OMIM] [BF]4], [C2H5[OMIM][N(CN)]2], et [C2H5[OMIM][NON3] en
combinant la conception assistée par ordinateur des IL (CAILD) avec des
montré que la densité de stockage de chaleur de la fonctionnalisation était 6 à 7
1,57
24,80
36.07
119,78
268,80
simulations TRNSYS. Comparés aux IL précédemment rapportés, les résultats ont
fois supérieure à celle des IL normaux, et [C2H5[OMIM] [BF]4] était le système de
chauffage solaire de l’eau le plus prometteur en termes de respect de
l’environnement et d’économie.
4.2. Application des liquides ioniques aux économies d'énergie dans les bâtiments
0,14
0,13
0,12
0,18
0,20
conductivité/
(F/h/n)
Thermique
Viscosité/
f(Pa·s)
Réf.
Valkenburg et al.
(2005)
Valkenburg et al.
(2005)
La capacité des deux matériaux hybrides a été augmentée de 3,7 et 3,2 fois, et la
0,13
85.11
101,32
≪
101,32
≪
101,32
≪
réguler la température (Fig. 7) (Ikutegbe et Farid, 2020), améliorant ainsi l'efficacité
énergétique des bâtiments, réduisant les coûts de consommation d'énergie et
stockant la chaleur pour rendre l'environnement plus confortable (Ben Romdhane
et al., 2020). Comme indiqué dansFig. 7, la couche composite en mousse
contenant du PU constitue une barrière à la chaleur entrant et sortant du
bâtiment, offrant une meilleure gestion thermique, PCM avec une température de
174,24
74.14
60,40
kPa
pression/
densité (latente)/
(MJ/m 3)
Vapeur
Stockage d'énergie
La technologie de stockage d'énergie à changement de phase est largement
utilisée dans le secteur du bâtiment car elle peut fournir un flux de chaleur et
changement de phase de 18 à 30-C ont été sélectionnés pour étudier l'impact de la
économie d'énergie en raison de sa capacité à moduler le rayonnement solaire par
144,70
180,00
194,90
considérable en tant que candidat prometteur pour les fenêtres intelligentes à
160,90
densité (sensible)/
(MJ/m 3)
composé d'IL et de composés de métaux de transition, a reçu une attention
absorption (Ke et al., 2018). Un nouveau gel ionique à groupe polyuréthane
contenant [C4MIM][NTf2] avec une température de transition optique élevée (68-C)
chaleur, le gel ionique ne présente aucune fuite de liquide et maintient une
225,60
97,30
52,96
48.20
a été synthétisé parLee et al. (2017). Même après 5000 cycles de froid et de
(J/g)
Enthalpie/
Stockage d'énergie
température ambiante, du type et de l'emplacement sur les économies d'énergie
des bâtiments (Ben Romdhane et al., 2020). C4MIMC4Le film complexe à base d'IL,
transmittance lumineuse élevée (Tlum¼87%) et modulation de la luminescence (ΔT
2.07
1,78
1,05
1,66
1.28
thermochromique basé sur CnOHminèmedissous [C4[MIM]2NiCl4dans les IL a été
signalé parWei et al. (2008)Dans le système IL à base de nickel (II), les
changements d'enthalpie et d'entropie dans la transition de configuration
octaédrique-tétraédrique sont respectivement de 30 à 40 kJ/mol et de 140 à 160 J/
lumière solaire. Pour améliorer la capacité de modulation du système composite IL
122,00
400,00
280,00 $
423,73
mol/K, ce qui permet de réduire les besoins énergétiques pour l'exposition à la
445,49
Capacité thermique/
(J/g/K)
température/-C
Décomposition
revêtement de tungstate de pointe (Lee et al., 2017). Un système
pur,Zhu et al. (2016)utilisé VO2système composite hybride pur IL. Le système
hybride a montré une efficacité de régulation de l'énergie solaire élevée (ΔTsol¼
4.3. Application des liquides ioniques à la récupération de chaleur résiduelle des installations
10.60
12h00
- 14,90
87,38
C).
14.42
température/-C
Fusion
26,45 %) et la transmission de la lumière (Tlum¼66,44 %) à haute température (80-
0,76
1.06
1.40
1.17
500-C), chaleur résiduelle à température moyenne (200~500-C) et la chaleur perdue à basse température (<
1,25
Densité/
(g/cm 3)
La chaleur résiduelle industrielle peut être classée comme chaleur résiduelle à haute température (>
200-C). En tant que plus grand CO2- Les émissions de chaleur résiduelle des centrales électriques au
charbon sont principalement dues à la perte de chaleur due à la combustion incomplète du charbon, à la
Tétradécane
VP-1
[C2MIM][NTf2]
[C2[BF4]
[C4[BF4]
chaudière, à la perte de chaleur physique due aux scories résiduelles et à la perte de chaleur due aux gaz
de combustion, parmi lesquelles les gaz d'échappement représentent 80 % de la perte totale. Les gaz
d'échappement peuvent atteindre 113 à 125-C (Wang et al., 2020), qui est adapté pour réchauffer l'air
entrant dans le four afin d'améliorer l'efficacité thermique de la chaudière. Le composant le plus important
et la perte de chaleur des gaz d'échappement de la chaudière (Liu et al., 2018). Des études antérieures ont
support de stockage
Énergie commerciale
des gaz de combustion est le CO2, donc la récupération du CO2et la chaleur perdue peut réduire la quantité
IL
moyen
perte de chaleur par dissipation thermique, à la perte de chaleur due à la conduction thermique de la
Stockage d'énergie
Indices de stockage d'énergie des liquides ioniques (IL) à base d'imidazolium et milieu de stockage d'énergie commercial.
Tableau 5
lum¼80%). De plus, les expériences montrent que la température intérieure du
verre fixé avec un IL a diminué de 20-C, qui est bien meilleur que le verre à
montré que l'absorption chimique du CO2La technologie des IL présente plus d’avantages que les
méthodes traditionnelles, notamment la technologie de capture et de stockage du carbone (CSC), la
capture post-combustion et les méthodes de séparation par membrane, etc.Kang et al. (2020)a rapporté
que le CO2chaleur cyclique des IL d'acides aminés imidazolylés amino-fonctionnalisés
10
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
Fig. 6.Schéma d'un système de stockage d'énergie solaire (Mehrkesh et Karunanithi, 2016).
Fig. 7.Croquis de l'assemblage du bâtiment (a) mur conventionnel, (b) mur avec une couche composite supplémentaire de matériau à changement de phase (PCM) (Ikutegbe et Farid, 2020).
4.4. Application des liquides ioniques dans l'environnement spatial extrême
(30 % en poids [Apaeim][OH] et 30 % en poids [Apaeim][ala]) est 2,2 fois plus élevé que
celui du CO traditionnel2Les absorbeurs (30 % en poids de monoéthanolamines) et la
capacité d'absorption peuvent être ajustés en fonction de la quantité d'acide aminé. Par
Les engins spatiaux habités destinés à l'exploration future de l'espace lointain nécessiteront
conséquent, les IL imidazolium présentent un grand potentiel de récupération de chaleur
des systèmes de contrôle thermique sophistiqués pour se protéger des environnements spatiaux
résiduelle dans les usines.
extrêmes, tels que le rayonnement solaire, le froid extrême, la chaleur extrême, etc. Pour gérer
L'intégration croissante et le flux de chaleur des appareils électroniques entraînent
ces extrêmes, des échangeurs de chaleur composés de PCM capables de se dilater et de se
des problèmes de dissipation de chaleur. Dans un centre de données, la température de
contracter sans causer de dommages structurels seront essentiels. En fonction de
la puce peut atteindre jusqu'à 85-C, et la température du liquide de refroidissement du
l'environnement de travail réel des engins spatiaux, la NASA a développé un fluide de transfert de
processeur est de 70 à 80-C (Haywood et al., 2012). Dans ces conditions de température,
chaleur non toxique avec une capacité thermique élevée, une faible densité, un taux d'expansion
un système de réfrigération à absorption peut être utilisé pour récupérer la chaleur
volumique négligeable et une conductivité thermique appropriée, avec une température de
perdue des appareils électroniques (Kim et Gonzalez, 2014;Haywood et al., 2012). En
changement de phase comprise entre 8 et 100 °C.-C et 12-C et chaleur de fusion > 200 kJ/kg(NASA
utilisant un IL imidazolium et un mélange d'IL avec un liquide de refroidissement/eau
TechPort, 2016). Les résultats montrent que les PCM eutectiques composés d'IL fonctionnels et
conventionnel comme solution de travail,Kim et Gonzalez (2014)ont évalué le coefficient
de sels synthétiques peuvent répondre à ces exigences. Par rapport au pentadécane, les IL
de performance (COP) et le coefficient d'entropie de performance (ECOP) pour la
présentent de meilleures performances en termes de conductivité thermique, de stockage de
récupération de chaleur perdue des centres de données. Comme indiqué dans Fig. 8,
chaleur et de diffusivité thermique. De plus, aucune séparation/dégradation de phase ou
l'unité CRAC peut économiser 33 % d'énergie grâce à un système de réfrigération à
corrosivité n'a été observée pendant la transition de changement de phase. De plus,NASA
absorption. Le mélange de [C2[MIM][BF]4] et l'eau ont atteint l'ECOP le plus élevé de 1,05,
TechPort (2019) conçu un échangeur de chaleur correspondant basé sur des IL-PCM modifiés
indiquant que le réfrigérant/IL est un fluide de travail prometteur pour la gestion de la
pour ajuster la température de la cabine dans un vaisseau spatial habité (illustré dansFig. 9),
chaleur dans les centres industriels et électroniques.
réduire le volume de l'échangeur de chaleur et maximiser l'espace de travail.
11
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
Fig. 8.Schéma de principe de gestion thermique du centre de données (a) avec et (b) sans système de réfrigération à absorption comme unité CRAC auxiliaire (Kim et Gonzalez, 2014).
4.5. Application des liquides ioniques au camouflage militaire
Wadekar (2017)ont étudié les performances de différentes formes d'échangeurs de
chaleur en utilisant [C4[MIM] [Tf2N] comme fluide de transfert de chaleur. Bien que l'IL
n'ait pas montré de meilleures performances de transfert de chaleur en utilisant
Pour éviter la détection des équipements et du personnel utilisant l'infrarouge dans
l'échangeur de chaleur conçu pour le liquide de refroidissement traditionnel, il pourrait
le domaine de la technologie militaire, l'étude des matériaux de camouflage infrarouge
toujours être utilisé dans des environnements extrêmes en personnalisant l'échangeur
pour réduire le rayonnement infrarouge thermique est devenue plus importante. La
de chaleur en termes de propriétés des IL. Les performances de transfert de chaleur de
réduction de la température de surface est une méthode efficace pour réduire le
trois IL ([C2[MIM][SCN], [C2[MIM] [Tf2N] et [C4[MIM][BF]4]) mélangé avec NH3ont été
rayonnement thermique infrarouge en appliquant une couche de matériau d'isolation
étudiés dans un échangeur de chaleur à plaques, et le coefficient de transfert de chaleur
thermique sur la surface, comme des microsphères de verre à contrôle central et de
total le plus élevé s'est avéré être de 1,4 kW/(m2K) pour le [C2[MIM][SCN]/NH3mélange,
l'aérogel (Xu et al., 2020).
Au cours des dernières décennies, de nombreuses études se sont concentrées sur
démontrant son potentiel en tant que fluide de transfert de chaleur.
l’encapsulation des PCM et leur application ultérieure aux tissus en raison de
Fig. 9.Matériaux à changement de phase (PCM) à base de liquide ionique modifié (IL) comme échangeurs de chaleur efficaces(NASA TechPort, 2019).
12
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
dans un entrepôt frigorifique climatisé peut être ajusté à des fins
antiseptiques. D'autres caractéristiques des IL, telles que les propriétés
anticorrosion, antibactériennes et d'humidité, ne peuvent pas être
facilement obtenues par les PCM traditionnels. De plus, les IL
d'imidazolium avec des chaînes alkyles
plus
(Cn
C4) existent
souscourtes
forme de mésophases
en raison de la
compétition entre les forces d'interaction (en particulier le réseau de liaisons
hydrogène), conduisant à un comportement de transition de phase complexe.
Les points de fusion de l'imidazolium IL couvrent une large gamme de -87~208-C,
indiquant une mise en œuvre potentielle généralisée dans le stockage d'énergie
thermique à basse température. Jusqu'à présent, les IL imidazolium présentent
une plage d'enthalpie thermique de 59,00 à 152,56 kJ/kg, et les plus élevées ΔHm
> 100 kJ/kg peuvent être sélectionnés comme futurs PCM pour le stockage des
énergies renouvelables.
(2) La compréhension du comportement de transition de phase des IL est essentielle pour
leurs applications potentielles dans le stockage d'énergie thermique. Les mécanismes
de transition de phase des IL d'imidazolium sont plutôt complexes, notamment les
vitesses auxquelles l'échantillon est chauffé ou refroidi et la phase à partir de laquelle
les échantillons sont solidifiés influencent considérablement leurs caractéristiques de
transition de phase. À une vitesse de refroidissement élevée, les mouvements de
rotation des chaînes alkyles sont gelés de manière aléatoire, empêchant ainsi la
nucléation des cristaux comme effet de non-équilibre. À une faible vitesse de
refroidissement, les mouvements collectifs des chaînes alkyles sont favorisés et les
modes de rotation excités thermiquement sont progressivement supprimés, conduisant
Fig. 10.Tissu de camouflage infrarouge résistant au mécanisme de température (Xu et al.,
à une distribution aléatoire des domaines nanocristallins avec un désordre
2020).
d'orientation. De plus, différentes longueurs de chaînes carbonées ou de substituants
affecteront l'équilibre des forces internes, notamment la force de van der Waals, la force
leurs remarquables capacités de régulation de la température. Comme le montre
électrostatique, la force de Coulomb, la liaison hydrogène, le groupe fonctionnel, la
Fig. 10, lorsqu'une couche de tissu de camouflage infrarouge est chauffée, seule
symétrie et d'autres facteurs entre les ions, conduisant à un point de fusion migré.
une petite quantité de chaleur traverse le tissu, tandis que la majeure partie de la
chaleur est réfléchie ou absorbée par le PCM et le tissu.Xu et al. (2020)capsules
PCM fabriquées parin situpolymérisation utilisant de la résine d'urée
Perspectives.
formaldéhyde comme matériau de coque et de la paraffine comme matériau de
noyau. L'efficacité d'encapsulation des capsules a atteint 60,1 %, avec une taille
(1) Bien que les IL soient connus comme des réactifs chimiques verts, leurs principales
moyenne des particules et une enthalpie de 425,7 nm et 51,3 J/g, respectivement.
applications se concentrent sur les réactions organiques, les catalyseurs et les
Les microcapsules ont été appliquées sur le tissu comme tissu de revêtement de
industries électrochimiques plutôt que sur le stockage d'énergie thermique. Il
camouflage infrarouge, et l'expérience thermique a montré une stabilité
manque encore une théorie des systèmes pour expliquer et exprimer la relation
thermique fiable en réduisant la température globale du tissu de 5 à 10-C.Shi et al.
entre la structure et la propriété ou les mécanismes de transition de phase. La
(2021)optimisé les propriétés thermophysiques de 1OCH3, 1[MIM][NON3] avec
dynamique moléculaire ou les corrélations thermométriques, telles que le
l'aide d'ordinateurs, atteignant une chaleur latente de 134 J/g lors de la fusion à
modèle QSPR, devraient être enrichies pour prédire l'effet de la structure des IL
56,45-C, qui peut être utilisé pour réguler la température de la cible et modifier
sur des quantités physiques spécifiques afin de faciliter la conception et le
l'intensité du rayonnement thermique de la cible. Cependant, il convient de noter
criblage des IL.
que les recherches sur l'application des PCM IL au camouflage militaire en sont
(2) Les défauts des IL, tels que la surfusion élevée, la faible enthalpie et les fuites
encore au stade du laboratoire et que des efforts supplémentaires sont
faciles, devraient être surmontés pour des applications plus larges.
nécessaires pour atteindre des objectifs commerciaux.
L'encapsulation d'IL composites composées d'IL fonctionnelles et de PCM/sels
synthétiques traditionnels peut augmenter l'enthalpie et empêcher les fuites. Les
5. Conclusion et perspectives
IL d'imidazolium forment une structure en forme de cage avec un cycle arène
aromatique en raison d'interactions spécifiques entre cations et anions. Cette
L'application émergente des IL pour le stockage d'énergie thermique présente un grand
structure favorise la solubilité des composés aromatiques non polaires, ainsi que
potentiel pour des applications durables. L'application des matériaux IL dans les systèmes de
des aromatiques polaires. En modifiant la composition et la structure de la coque
stockage d'énergie thermique (TES) est présentée dans cette revue. Tout d'abord, du point de vue
pour induire une nucléation hétérogène ou l'introduction de coques/
des PCM traditionnels, bien que des défauts tels que la surfusion et la faible conductivité
nanoparticules inorganiques, les problèmes de surfusion et de faible
thermique puissent être supprimés en ajoutant des agents de nucléation, la chaleur latente et les
conductivité thermique peuvent être supprimés ou éliminés. Dans un espace 3D
coûts du système ont été en quelque sorte compromis et les défauts n'ont pas pu être éliminés.
confiné, la taille, la forme, la température, le champ électrique et les groupes
Ensuite, les avantages et les mécanismes de transition de phase des PCM à base d'IL sont
fonctionnels de surface affecteront considérablement la microstructure et les
discutés, y compris les propriétés thermophysiques telles que la capacité thermique, l'enthalpie,
propriétés des microcapsules IL. Cependant, les mécanismes de régulation de
la conductivité thermique et la température de décomposition. Enfin, les applications des IL dans
ces facteurs sur la structure et les propriétés des IL confinées ne sont pas
le stockage d'énergie solaire, les économies d'énergie dans les bâtiments, la récupération de
complètement compris et un système théorique scientifique systématique n'a
chaleur résiduelle des installations, les environnements spatiaux extrêmes et le camouflage
pas encore été développé.
(3) La recherche sur les liquides inertes reste principalement au stade du laboratoire, alors que peu de
militaire ont été analysés.
Conclusions démontrées par l’examen.
choses ont été faites dans les applications pratiques. Le principal défi dans l'application des
liquides inertes est que l'industrie de transformation actuelle est habituée à l'utilisation de fluides
de transfert de chaleur conventionnels. Malgré les grands avantages des liquides inertes, une
(1) Les avantages d'une zone de température de transition de phase appropriée, d'une
compensation financière importante doit être prévue pour que l'industrie thermique passe au
protection contre la corrosion, d'un antibactérien, d'une humidité réglable et d'une
composition gazeuse font des IL imidazolium des PCM idéaux pour la logistique de la
nouveau fluide. En outre, les études sur les liquides inertes se sont principalement concentrées
chaîne du froid. Des études ont montré que les IL imidazolium peuvent absorber le CO2
sur les liquides cationiques à base d'imidazolium, de pyridine, d'ammonium quaternaire et de sel
physiquement et chimiquement ; ainsi, le CO2et O2composants de gaz
de pyrrolidine,
13
Q. Li et al.
Énergie et ressources vertes 1 (2023) 100010
halogènes, tétrafluoroborate [BF4]-, hexafluorophosphate [PF6]-
[C2DONC4]
et le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide [Tf2N]-liquides anioniques, et il est
[Cl–AlCl3] Chlorure de chlorure d'aluminium (III)
[HSO4]
Sulfate d'hydrogène
[H2PO4] Phosphate de dihydrogène
nécessaire d'explorer de nouveaux IL fonctionnels à faible coût et à hautes
performances dans le futur.
[DS]
Déclaration d'intérêts concurrents
[NON3]
[TFSI]
[TfO]
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrent
connu ni aucune relation personnelle qui aurait pu sembler influencer le
travail rapporté dans cet article.
Br
Cl
Sulfate d'éthyle
Dodécylsulfate
Nitrate
Bis(trifluorométhanesulfonyl)imide
Trifluorométhylsulfate
Bromure
Chlorure
[SCN]
Thiocyanate
[MeSO4] Méthylsulfate
[OAc]
Éthanoate
[NiCl4]
Tétrachloronickélate
Remerciements
Les auteurs remercient la Fondation des sciences naturelles de Pékin (subvention n°
3222026), le Programme de développement des talents haut de gamme, la Fondation
[OH]
neutre en carbone (04900514122611) et le Fonds d'amorçage pour la coopération
[ala]
Hydroxyde
Alaninate
internationale en matière de recherche de l'Université de technologie de Pékin (projet n°
2021B40) pour leur soutien financier.
Autre
Nomenclature
Cations d'IL
[C2[MIM]
[C3[MIM]
[C4[MIM]
[C6[MIM]
[C7[MIM]
[C8[MIM]
1-Éthyl-3-méthylimidazolium 1Propyl-3-méthylimidazolium 1Butyl-3-méthylimidazolium 1Hexyl-3-méthylimidazolium 1Heptyl-3-méthylimidazolium 1Octyl-3-méthylimidazolium
[(allyle)C1je suis]
Stockage de chaleur sensible
Gauche
Stockage de chaleur latente
TCHS
PMMA
EDMA
Liquide ionique
Matériaux à changement de phase
Stockage thermochimique de l'énergie
Polyméthacrylate de méthyle
Diméthacrylate d'éthylène
PS-co-PMMA Copolymères non réticulables Acrylate de
BA-co-MMA butyle-méthacrylate de méthyle
ODMA-co-MAA Méthacrylate de N-octadécyle-co-acide méthacrylique
PDVB
Poly(divinylbenzène)
TDI-DETA Polystyrène-2,4-diisocyanate –
PS
diéthylènetriamine
1-Allyl-3-méthylimidazolium
1-méthyl-3-éthylimidazolium 1[C10[MIM] décyl-3-méthylimidazolium
[C2H5[OMIM] 1-Hydroxy-3-méthylimidazolium 1[C2H3O2[MIM] [C4Carboxyl-3-méthylimidazolium
H6O2[MMIM] [C2 1,2-Diméthyl-3-carboxylimidazolium
H3O2[MMIM] [C4 1,2-diméthyl-3-éthyl acétate imidazolium 1H6O2[BIM] [C2H3éthyl acétate-3-butylimidazolium 1-carboxyl-3O2[BIM] [C2(MIM)
butylimidazolium
2]
1,2-Bis(3méthylimidazolium-1-yl)
[C1C2je suis]
VP-1
[C2(je suis)2] 1,2-Bis(3-éthylimidazolium-1-yl)
[C2(pim)2] 1,2-Bis(3-propylimidazolium-1-yl)
[C2(bim)2] 1,2-bis(3-butylimidazolium-1-yl)
[C4(MIM)2] 1,4-Bis(3-méthylimidazolium-1-yl)
[C4(je suis)2] 1,4-Bis(3-éthylimidazolium-1-yl)
[C2(MMIM)2] 1,2-Bis(2,3-diméthylimidazolium-yl)
[C4(MMIM)2] 1,4-Bis(2,3-diméthylimidazolium-yl)
Thermomètre VP-1
CAILD
Conception assistée par ordinateur IL
TRANSSYSTÈME
Système transitoire
CCS
CRAC
FLIC
Capture et stockage du carbone
Climatiseur de salle informatique
Coefficient de performance Coefficient de
Économie
performance exergétique Contribution du
GC
groupe
CSA-LSSVM
TES
Vecteur de support couplé de recuit simulé par les moindres carrés
machine
Stockage d'énergie thermique
Références
[C4(C2H4je suis)2] 1,4-Bis(3-vinylimidazolium-1-yle)
[C4(C2H5(Oim)2]
1,4-Bis(3-éthoxylimidazolium-1-yl)
[C3(MIM)2]
3,30-(Propane-1,3-diyl)bis(1-méthyl-1H-imidazolium)
C4
Butyl-(2-hydroxyéthyl)-diméthyl-ammonium
[C16[MIM] 1-Hexadécyl-3-méthylimidazolium 1[C4[MMIM] Butyl-2-méthyl-3-méthylimidazolium 1[ODMIM] Octyl-2,3-diméthylimidazolium 1-Alkyl-1[Cn[MPyr] méthylpyrrolidinium
[C16C1je suis]
1-Hexadécyl-3-méthylimidazolium
tributylméthylphosphonium
[P[4441]
[C1[py]
1-méthylpyridinium
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[Apaeim]
1-(3-aminopropyl)-3-(2-aminoéthyl)imidazolium
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[PF6]
[Tf2N]
[OTf]
IL
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