Phase Change Materials: Übersicht über PCMs für Wärmespeicherung
Phase Change Materials, oder PCMs, speichern Wärme während eines Phasenübergangs. In der Praxis ist nicht nur die latente Wärme wichtig, sondern auch sensible Wärme, Wärmeleitfähigkeit, Zyklenstabilität, Korrosion, Sicherheit und Preis. Diese Übersicht ist als technische Auswahlkarte gedacht: zuerst Temperatur, dann Energiedichte und danach die praktischen Nachteile.
Hinweis: Die Werte in dieser Tabelle sind indikativ. Latente Wärme, Schmelzbereich, spezifische Wärme und Stabilität hängen von Reinheit, Additiven, Feuchtegehalt, Messmethode und Zyklen ab. Für die Produktentwicklung muss jedes Kandidatenmaterial erneut mit DSC, Zyklentests, Korrosionstests und einer Sicherheitsbewertung geprüft werden.
So liest man die Tabelle
Latent ist die Energie, die im Phasenübergang aufgenommen oder abgegeben wird. Sensibel ist die zusätzliche Wärmespeicherung durch Temperaturänderung rund um diesen Übergang. Gesamt ist hier eine praktische Abschätzung aus latent plus sensibel innerhalb des genannten Temperaturbereichs. Alle Energiewerte stehen in kJ/kg. Vor- und Nachteile stehen unter Info.
Energie: kJ/kgTemperaturen: Grad CelsiusKlicken Sie auf Info für Vor- und Nachteile
| PCM / Stoff | Formel | Typ | Phase °C | Lat. | Sens. | Ges. | Bereich | Bewertung | Info |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wasser / Eis | H2O | anorganisch | 0 | 334 | 42 | 376 | -10 bis +10 C | hoch für Kältespeicherung | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: sehr kostengünstig; nicht giftig; hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: nur um 0 C; Ausdehnung beim Gefrieren; Frost- und Korrosionsmanagement |
| NaCl-Wasser-Eutektikum | NaCl-H2O | Salzlösung | ca. -21 | 230 | 40 | 270 | -30 bis -10 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: kostengünstig; niedrige Temperatur möglich Nachteile / Punkte zur Beachtung: korrosiv; konzentrationsabhängig; Salzkristallisation |
| CaCl2-Wasser-Eutektikum | CaCl2-H2O | Salzlösung | ca. -50 bis -20 | 150-250 | 30-50 | 180-300 | abhängig von Mischung | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: niedrige Temperatur möglich; kostengünstig Nachteile / Punkte zur Beachtung: korrosiv; hygroskopisch; Zusammensetzung kritisch |
| Paraffin C14 | C14H30 | Paraffin | 5-6 | 200 | 80 | 280 | -15 bis +25 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: chemisch stabil; wenig korrosiv Nachteile / Punkte zur Beachtung: brennbar; geringe Wärmeleitfähigkeit; fossiler Ursprung |
| Paraffin C16 | C16H34 | Paraffin | 18 | 230 | 85 | 315 | 0 bis 40 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: stabil; enger Übergang Nachteile / Punkte zur Beachtung: brennbar; geringe Wärmeleitfähigkeit; Volumenänderung |
| Paraffin C18 | C18H38 | Paraffin | 28 | 240 | 85 | 325 | 10 bis 50 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: häufig verwendet; wenig korrosiv Nachteile / Punkte zur Beachtung: brennbar; geringe Wärmeleitfähigkeit; Additive für Leistung nötig |
| Paraffin C20 | C20H42 | Paraffin | 36-37 | 240 | 85 | 325 | 20 bis 60 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: Komfort- und Niedertemperatur-Wärmespeicherung Nachteile / Punkte zur Beachtung: langsames Laden/Entladen ohne Wärmetauscher |
| Paraffin C22 | C22H46 | Paraffin | 44 | 245 | 85 | 330 | 25 bis 65 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: stabil; kommerziell erhältlich Nachteile / Punkte zur Beachtung: Brandrisiko; geringe volumetrische Dichte |
| Paraffin C24 | C24H50 | Paraffin | 50-52 | 250 | 85 | 335 | 30 bis 70 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: Warmwasserbereich möglich Nachteile / Punkte zur Beachtung: brennbar; geringe thermische Leitfähigkeit |
| Paraffin C26-C28 | C26-C28 | Paraffin | 56-65 | 250 | 85 | 335 | 40 bis 80 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: stabil; breit verfügbar Nachteile / Punkte zur Beachtung: nicht für hohe Temperaturen geeignet; brennbar |
| Technisches Paraffinwachs | mengsel | Paraffin | 20-70 | 120-220 | 70-90 | 190-310 | abhängig vom Typ | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: kostengünstig; breit verfügbar Nachteile / Punkte zur Beachtung: breiter Schmelzbereich; variable Qualität |
| Caprinsäure | C10H20O2 | Fettsäure | 31-32 | 150 | 80 | 230 | 10 bis 50 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: biobasiert möglich; relativ stabil Nachteile / Punkte zur Beachtung: Geruch; Preis; mögliche Korrosion an Metallen |
| Laurinsäure | C12H24O2 | Fettsäure | 43-44 | 180 | 80 | 260 | 25 bis 65 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: stabil; gute latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: Geruch; geringe Wärmeleitfähigkeit; teurer als Massensalze |
| Myristinsäure | C14H28O2 | Fettsäure | 53-54 | 190 | 80 | 270 | 35 bis 75 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: stabil; biobasiert möglich Nachteile / Punkte zur Beachtung: Preis; geringe Wärmeleitfähigkeit |
| Palmitinsäure | C16H32O2 | Fettsäure | 62-64 | 200 | 80 | 280 | 45 bis 85 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: angemessene Zyklenstabilität Nachteile / Punkte zur Beachtung: Preis; geringe Wärmeleitfähigkeit |
| Stearinsäure | C18H36O2 | Fettsäure | 69-70 | 200 | 80 | 280 | 50 bis 90 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: gut verfügbar; relatief veilig Nachteile / Punkte zur Beachtung: zu niedrige Temperatur für Hochtemperaturspeicherung; Geruch |
| CaCl2.6H2O | CaCl2.6H2O | Salzhydrat | 29 | 170-190 | 70 | 240-260 | 10 bis 50 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: kostengünstig; hohe volumetrische Speicherung Nachteile / Punkte zur Beachtung: Unterkühlung; Phasentrennung; Korrosion |
| Glaubersalz | Na2SO4.10H2O | Salzhydrat | 32 | 250 | 75 | 325 | 10 bis 50 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: hohe latente Wärme; kostengünstig Nachteile / Punkte zur Beachtung: starke Phasentrennung; Keimbildung/Additive nötig |
| Natriumacetat-Trihydrat | CH3COONa.3H2O | Salzhydrat | 58 | 250-265 | 80 | 330-345 | 40 bis 80 C | mittel | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: hohe latente Wärme; bekannt aus Handwärmern Nachteile / Punkte zur Beachtung: sehr starke Unterkühlung möglich; Kristallisationskontrolle nötig |
| Bariumhydroxid-Octahydrat | Ba(OH)2.8H2O | Salzhydrat | 78 | 250-270 | 80 | 330-350 | 60 bis 100 C | niedrig | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: hohe Speicherdichte Nachteile / Punkte zur Beachtung: Bariumverbindung; Toxizität; für breite Anwendung ungeeignet |
| Magnesiumnitrat-Hexahydrat | Mg(NO3)2.6H2O | Salzhydrat | 89 | 160-170 | 70 | 230-240 | 70 bis 110 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: -20 bis +100 C Vorteile: knapp unter 100 C nutzbar Nachteile / Punkte zur Beachtung: oxidierend; Korrosion; feuchtigkeitsempfindlich |
| Magnesiumchlorid-Hexahydrat | MgCl2.6H2O | Salzhydrat | 115 | 167 | 80 | 247 | 95 bis 135 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: hohe Speicherdichte; relativ niedrige Temperatur Nachteile / Punkte zur Beachtung: korrosiv; Hydratdegradation möglich |
| Erythritol | C4H10O4 | Zuckeralkohol | 118-120 | 320-340 | 60-70 | 390-410 | 100 bis 140 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: sehr hohe latente Wärme; biobasiert möglich Nachteile / Punkte zur Beachtung: starke Unterkühlung; langsame Kristallisation; Degradation/Zyklenverhalten untersuchen |
| Xylitol | C5H12O5 | Zuckeralkohol | 92-95 | 230-270 | 60-70 | 300-340 | 75 bis 115 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: hoher Energieinhalt Nachteile / Punkte zur Beachtung: starke Unterkühlung; langsame Kristallisation |
| D-sorbitol | C6H14O6 | Zuckeralkohol | 95-100 | 180-220 | 60-70 | 240-290 | 80 bis 120 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: biobasiert; relativ gut verfügbar Nachteile / Punkte zur Beachtung: Polymorphie; Unterkühlung; Degradation |
| D-mannitol | C6H14O6 | Zuckeralkohol | 165-168 | 280-320 | 60-70 | 340-390 | 145 bis 185 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: hohe latente Wärme; interessant für Prozesswärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: Unterkühlung; Volumenänderung; Zyklenstabilität kritisch |
| Harnstoff | CO(NH2)2 | organisch | 133 | 240-250 | 65 | 305-315 | 110 bis 150 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: kostengünstig; hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: Zersetzung bei Überhitzung; Ammoniak-/Isocyanat-Risiko |
| Adipinsäure | C6H10O4 | organische Säure | 152 | 250-270 | 60 | 310-330 | 130 bis 170 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: relativ hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: sauer; Korrosion und Zersetzung untersuchen |
| Benzoesäure | C7H6O2 | organische Säure | 122 | 140-150 | 60 | 200-210 | 100 bis 140 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: bekannter Stoff; relativ stabil Nachteile / Punkte zur Beachtung: korrosive Säure; geringere latente Wärme |
| Acetamide | C2H5NO | Amid | 80-82 | 240 | 70 | 310 | 60 bis 100 C | niedrig | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: toxisch/reizend; weniger geeignet für Gebäude |
| NaNO3-KNO3 niedrig schmelzende Mischung | NaNO3/KNO3 | Nitratsalz | ca. 220-240 | 90-120 | 90 | 180-210 | 200 bis 260 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 100 bis 200 C Vorteile: bekannte Salzchemie; relativ kostengünstig Nachteile / Punkte zur Beachtung: oxidierend; Korrosion; erstarrt bei hoher Temperatur |
| Lithiumnitrat | LiNO3 | Nitratsalz | 253 | 250-260 | 65 | 315-325 | 230 bis 270 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 200 bis 300 C Vorteile: hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: Lithiumpreis; Korrosion; oxidierend |
| Bismut | Bi | Metall | 271 | 50 | 8 | 58 | 250 bis 300 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 200 bis 300 C Vorteile: hohe Wärmeleitfähigkeit; weniger toxisch als Pb/Cd Nachteile / Punkte zur Beachtung: teuer; geringe latente Wärme pro kg |
| Zinn | Sn | Metall | 232 | 60 | 10 | 70 | 210 bis 250 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 200 bis 300 C Vorteile: hohe Wärmeleitfähigkeit; bekanntes Metall Nachteile / Punkte zur Beachtung: teurer als Salze; geringe latente Wärme pro kg |
| Zinn(II)-chlorid | SnCl2 | Chloridsalz | 247 | 50-70 | 45 | 95-115 | 225 bis 265 C | niedrig | InfoTemp.gruppe: 200 bis 300 C Vorteile: relativ niedriger Schmelzpunkt für ein Salz Nachteile / Punkte zur Beachtung: korrosiv; mäßige latente Wärme |
| Natriumnitrat | NaNO3 | Nitratsalz | 306 | 170 | 90 | 260 | 280 bis 340 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: hohe latente Wärme; bekanntes Salz Nachteile / Punkte zur Beachtung: oxidierend; Korrosion; Zersetzung bei Überhitzung |
| Kaliumnitrat | KNO3 | Nitratsalz | 334 | 95 | 90 | 185 | 310 bis 370 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: bekannt und verfügbar Nachteile / Punkte zur Beachtung: geringere latente Wärme; oxidierend; Korrosion |
| Natriumhydroxid | NaOH | Hydroxid | 318 | 160-170 | 105 | 265-275 | 290 bis 350 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: kostengünstig; hohe Speicherdichte Nachteile / Punkte zur Beachtung: sehr korrosiv; gefährlich bei Wasserkontakt |
| Kaliumhydroxid | KOH | Hydroxid | 360 | 150 | 105 | 255 | 330 bis 390 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: hohe Speicherdichte Nachteile / Punkte zur Beachtung: sehr korrosiv; hygroskopisch |
| Zink | Zn | Metall | 419.5 | 112 | 25 | 137 | 390 bis 450 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: hohe Leitfähigkeit; kompakt Nachteile / Punkte zur Beachtung: hohe Dichte; Oxidation; Containment nötig |
| Cadmium | Cd | Metall | 321 | 55 | 10 | 65 | 300 bis 340 C | niedrig | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: hohe Leitfähigkeit Nachteile / Punkte zur Beachtung: Cadmium ist toxisch; praktisch abzuraten |
| Blei | Pb | Metall | 327 | 23 | 7 | 30 | 300 bis 350 C | niedrig | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: kostengünstiges Metall; hohe Dichte Nachteile / Punkte zur Beachtung: giftig; sehr geringe latente Wärme pro kg |
| MgCl2-KCl-NaCl eutecticum | MgCl2/KCl/NaCl | Chloridsalz | 380-450 | 150-250 | 100 | 250-350 | 420 bis 520 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 300 bis 450 C Vorteile: günstiger als Lithiumsalze; hohe Temperatur Nachteile / Punkte zur Beachtung: Chloridkorrosion; feuchtigkeitsempfindlich; HCl-Risiko |
| Li2CO3-K2CO3-Eutektikum | Li2CO3/K2CO3 | Carbonatsalz | 490-500 | 250-300 | 120 | 370-420 | 460 bis 540 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 450 bis 650 C Vorteile: hohe latente Wärme; hohe Temperatur Nachteile / Punkte zur Beachtung: Lithiumkosten; Korrosion; Materialauswahl |
| Li2CO3-Na2CO3-K2CO3-Eutektikum | Li/Na/K carbonaten | Carbonatsalz | 397-500 | 200-280 | 150 | 350-430 | 450 bis 550 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 450 bis 650 C Vorteile: gute Speicherdichte; bekannter Bereich der Salzschmelzen Nachteile / Punkte zur Beachtung: Korrosion; hohe Schmelztemperatur; Lithiumpreis |
| Al-Si-Eutektikum | Al-Si | Metalllegierung | 577 | 400-560 | 60 | 460-620 | 550 bis 620 C | mittel-hoch technisch | InfoTemp.gruppe: 450 bis 650 C Vorteile: sehr hohe volumetrische Speicherung; hohe Leitfähigkeit Nachteile / Punkte zur Beachtung: hohe Temperatur; Oxidation; Ausdehnung; Containment |
| Al-Cu-Si-Legierungen | Al/Cu/Si | Metalllegierung | 520-620 | 250-450 | 120 | 370-570 | 500 bis 650 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 450 bis 650 C Vorteile: einstellbarer Übergang; hohe Leitfähigkeit Nachteile / Punkte zur Beachtung: Legierungskontrolle; Oxidation; zyklische Degradation |
| Mg-Zn-Legierungen | Mg/Zn | Metalllegierung | 340-600 | 150-300 | 60-100 | 210-400 | afhankelijk legering | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 450 bis 650 C Vorteile: leicht; gute Leitfähigkeit Nachteile / Punkte zur Beachtung: Mg-Oxidation/Brennbarkeit; Legierungsstabilität |
| Zink-Aluminium-Eutektika | Zn/Al | Metalllegierung | 380-420 | 100-200 | 50 | 150-250 | 350 bis 450 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 450 bis 650 C Vorteile: gut wärmeleitend; kompakt Nachteile / Punkte zur Beachtung: Oxidation; geringere latente Wärme |
| Aluminium | Al | Metall | 660 | 397 | 75 | 470 | 620 bis 700 C | mittel-hoch technisch | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: kostengünstiges Metall; hohe Leitfähigkeit; hohe volumetrische Dichte Nachteile / Punkte zur Beachtung: Oxidation; hohe Temperatur; Volumenänderung |
| Magnesium | Mg | Metall | 650 | 370 | 85 | 455 | 610 bis 690 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: leicht; hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: Brand-/Oxidationsrisiko; Containment schwierig |
| Natriumchlorid | NaCl | Chloridsalz | 801 | 480 | 70 | 550 | 760 bis 840 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: kostengünstig; hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: korrosiv bei hoher Temperatur; hohe Schmelztemperatur |
| Kaliumchlorid | KCl | Chloridsalz | 770 | 350 | 65 | 415 | 730 bis 810 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: kostengünstig; verfügbar Nachteile / Punkte zur Beachtung: Chloridkorrosion; hohe Temperatur |
| Calciumchlorid | CaCl2 | Chloridsalz | 772 | 190 | 80 | 270 | 730 bis 810 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: relativ kostengünstig Nachteile / Punkte zur Beachtung: stark hygroskopisch; korrosiv |
| Lithiumcarbonat | Li2CO3 | Carbonatsalz | 723 | 500 | 100 | 600 | 680 bis 760 C | mittel | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: Lithiumkosten; Korrosion; hohe Temperatur |
| Natriumcarbonat | Na2CO3 | Carbonatsalz | 851 | 270 | 90 | 360 | 810 bis 890 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: kostengünstig; verfügbar Nachteile / Punkte zur Beachtung: Korrosion; hohe Temperatur |
| Kaliumcarbonat | K2CO3 | Carbonatsalz | 891 | 235 | 90 | 325 | 850 bis 930 C | mittel-niedrig | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: verfügbar; hohe Temperatur Nachteile / Punkte zur Beachtung: korrosiv; hohe Schmelztemperatur |
| Lithiumfluorid | LiF | Fluoridsalz | 848 | 1000 | 160 | 1160 | 800 bis 900 C | niedrig-mittel technisch | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: sehr hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: teuer; korrosiv; Fluoridsicherheit |
| Natriumfluorid | NaF | Fluoridsalz | 993 | 790 | 110 | 900 | 950 bis 1030 C | niedrig-mittel technisch | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: Fluoridkorrosion; Toxizität/Sicherheit |
| Kupfer | Cu | Metall | 1085 | 205 | 40 | 245 | 1030 bis 1130 C | niedrig-mittel | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: hohe Leitfähigkeit Nachteile / Punkte zur Beachtung: teuer; hohe Temperatur; mäßige latente Wärme |
| Silizium | Si | Metalloid | 1414 | 1800 | 90 | 1890 | 1350 bis 1470 C | niedrig / experimentell | InfoTemp.gruppe: 650 C und höher Vorteile: extrem hohe latente Wärme Nachteile / Punkte zur Beachtung: sehr hohe Temperatur; Materialverträglichkeit extrem schwierig |
Quellen und Datennutzung
Diese Übersicht ist als technische Longlist aufgebaut. Für die endgültige Auslegung immer Lieferantendaten, DSC-Messungen und eigene Zyklentests verwenden. Nützliche allgemeine Quellen: