Phase change materials: overzicht van PCM’s voor warmteopslag
Phase change materials, of PCM’s, slaan warmte op tijdens een faseovergang. In de praktijk is niet alleen de latente warmte belangrijk, maar ook de sensibele warmte, de warmtegeleiding, cyclische stabiliteit, corrosie, veiligheid en prijs. Dit overzicht is bedoeld als technische selectiekaart: eerst temperatuur, daarna energiedichtheid en daarna de praktische nadelen.
Let op: de waarden in deze tabel zijn indicatief. Latente warmte, smelttraject, soortelijke warmte en stabiliteit hangen af van zuiverheid, additieven, vochtgehalte, meetmethode en cycli. Voor productontwikkeling moet een kandidaatmateriaal altijd opnieuw worden getest met DSC, cyclustests, corrosietests en veiligheidsbeoordeling.
Hoe lees je de tabel?
Latent is de energie die in de faseovergang gaat. Sensibel is de extra warmteopslag door temperatuurverandering rond die faseovergang. Totaal is hier een praktische indicatie van latent plus sensibel binnen het genoemde temperatuurtraject. Alle energiegetallen zijn in kJ/kg. In deze versie staan voordelen en nadelen onder Info.
Energie: kJ/kgTemperaturen: graden CelsiusKlik op Info voor voordelen en nadelen
| PCM / stof | Formule | Type | Fase °C | Lat. | Sens. | Tot. | Traject | Beoordeling | Info |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Water / ijs | H2O | anorganisch | 0 | 334 | 42 | 376 | -10 tot +10 C | hoog voor koudeopslag | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: zeer goedkoop; niet giftig; hoge latente warmte Nadelen: alleen rond 0 C; uitzetting bij bevriezen; vorst- en corrosiebeheer |
| NaCl-water eutecticum | NaCl-H2O | zoutoplossing | ca. -21 | 230 | 40 | 270 | -30 tot -10 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: goedkoop; lage temperatuur mogelijk Nadelen: corrosief; concentratiegevoelig; zoutkristallisatie |
| CaCl2-water eutecticum | CaCl2-H2O | zoutoplossing | ca. -50 tot -20 | 150-250 | 30-50 | 180-300 | afhankelijk mengsel | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: lage temperatuur mogelijk; goedkoop Nadelen: corrosief; hygroscopisch; samenstelling kritisch |
| Paraffine C14 | C14H30 | paraffine | 5-6 | 200 | 80 | 280 | -15 tot +25 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: chemisch stabiel; weinig corrosief Nadelen: brandbaar; lage warmtegeleiding; fossiele oorsprong |
| Paraffine C16 | C16H34 | paraffine | 18 | 230 | 85 | 315 | 0 tot 40 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: stabiel; smalle overgang Nadelen: brandbaar; lage warmtegeleiding; volumeverandering |
| Paraffine C18 | C18H38 | paraffine | 28 | 240 | 85 | 325 | 10 tot 50 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: veel gebruikt; weinig corrosief Nadelen: brandbaar; lage warmtegeleiding; additieven nodig voor vermogen |
| Paraffine C20 | C20H42 | paraffine | 36-37 | 240 | 85 | 325 | 20 tot 60 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: comfort- en lage temperatuur warmteopslag Nadelen: traag laden/ontladen zonder warmtewisselaar |
| Paraffine C22 | C22H46 | paraffine | 44 | 245 | 85 | 330 | 25 tot 65 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: stabiel; commercieel verkrijgbaar Nadelen: brandrisico; lage volumetrische dichtheid |
| Paraffine C24 | C24H50 | paraffine | 50-52 | 250 | 85 | 335 | 30 tot 70 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: tapwatergebied mogelijk Nadelen: brandbaar; lage thermische geleidbaarheid |
| Paraffine C26-C28 | C26-C28 | paraffine | 56-65 | 250 | 85 | 335 | 40 tot 80 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: stabiel; breed leverbaar Nadelen: niet geschikt voor hoge temperatuur; brandbaar |
| Technische paraffinewas | mengsel | paraffine | 20-70 | 120-220 | 70-90 | 190-310 | afhankelijk type | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: goedkoop; breed beschikbaar Nadelen: breed smelttraject; kwaliteit variabel |
| Caprinezuur | C10H20O2 | vetzuur | 31-32 | 150 | 80 | 230 | 10 tot 50 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: biobased mogelijk; redelijk stabiel Nadelen: geur; prijs; mogelijke corrosie op metalen |
| Laurinezuur | C12H24O2 | vetzuur | 43-44 | 180 | 80 | 260 | 25 tot 65 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: stabiel; goede latente warmte Nadelen: geur; lage warmtegeleiding; duurder dan bulkzouten |
| Myristinezuur | C14H28O2 | vetzuur | 53-54 | 190 | 80 | 270 | 35 tot 75 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: stabiel; biobased mogelijk Nadelen: prijs; lage warmtegeleiding |
| Palmitinezuur | C16H32O2 | vetzuur | 62-64 | 200 | 80 | 280 | 45 tot 85 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: redelijke cyclische stabiliteit Nadelen: prijs; lage warmtegeleiding |
| Stearinezuur | C18H36O2 | vetzuur | 69-70 | 200 | 80 | 280 | 50 tot 90 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: veel beschikbaar; relatief veilig Nadelen: te lage temperatuur voor hoge-temperatuuropslag; geur |
| CaCl2.6H2O | CaCl2.6H2O | zout-hydraat | 29 | 170-190 | 70 | 240-260 | 10 tot 50 C | middel-laag | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: goedkoop; hoge volumetrische opslag Nadelen: onderkoeling; fasescheiding; corrosie |
| Glauberzout | Na2SO4.10H2O | zout-hydraat | 32 | 250 | 75 | 325 | 10 tot 50 C | laag-middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: hoge latente warmte; goedkoop Nadelen: sterke fasescheiding; nucleatie/additieven nodig |
| Natriumacetaat trihydraat | CH3COONa.3H2O | zout-hydraat | 58 | 250-265 | 80 | 330-345 | 40 tot 80 C | middel | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: hoge latente warmte; bekend uit handwarmers Nadelen: zeer sterke onderkoeling mogelijk; kristallisatiecontrole nodig |
| Bariumhydroxide octahydraat | Ba(OH)2.8H2O | zout-hydraat | 78 | 250-270 | 80 | 330-350 | 60 tot 100 C | laag | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: hoge opslagdichtheid Nadelen: bariumverbinding; giftigheid; ongeschikt voor brede toepassing |
| Magnesiumnitraat hexahydraat | Mg(NO3)2.6H2O | zout-hydraat | 89 | 160-170 | 70 | 230-240 | 70 tot 110 C | middel-laag | InfoTemp.groep: -20 tot +100 C Voordelen: bruikbaar net onder 100 C Nadelen: oxiderend; corrosie; vochtgevoelig |
| Magnesiumchloride hexahydraat | MgCl2.6H2O | zout-hydraat | 115 | 167 | 80 | 247 | 95 tot 135 C | middel | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: hoge opslagdichtheid; relatief lage temperatuur Nadelen: corrosief; hydraatdegradatie mogelijk |
| Erythritol | C4H10O4 | suikeralcohol | 118-120 | 320-340 | 60-70 | 390-410 | 100 tot 140 C | middel | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: zeer hoge latente warmte; biobased mogelijk Nadelen: grote onderkoeling; traag kristalliseren; degradatie/cycling onderzoeken |
| Xylitol | C5H12O5 | suikeralcohol | 92-95 | 230-270 | 60-70 | 300-340 | 75 tot 115 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: hoge energie-inhoud Nadelen: grote onderkoeling; traag kristalliseren |
| D-sorbitol | C6H14O6 | suikeralcohol | 95-100 | 180-220 | 60-70 | 240-290 | 80 tot 120 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: biobased; redelijk beschikbaar Nadelen: polymorfie; onderkoeling; degradatie |
| D-mannitol | C6H14O6 | suikeralcohol | 165-168 | 280-320 | 60-70 | 340-390 | 145 tot 185 C | middel | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: hoge latente warmte; interessant voor proceswarmte Nadelen: onderkoeling; volumeverandering; cyclische stabiliteit aandachtspunt |
| Ureum | CO(NH2)2 | organisch | 133 | 240-250 | 65 | 305-315 | 110 tot 150 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: goedkoop; hoge latente warmte Nadelen: ontleding bij oververhitting; ammoniak/isocyanaat-risico |
| Adipinezuur | C6H10O4 | organisch zuur | 152 | 250-270 | 60 | 310-330 | 130 tot 170 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: relatief hoge latente warmte Nadelen: zuur; corrosie en ontleding onderzoeken |
| Benzoezuur | C7H6O2 | organisch zuur | 122 | 140-150 | 60 | 200-210 | 100 tot 140 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: bekende stof; redelijk stabiel Nadelen: corrosief zuur; lagere latente warmte |
| Acetamide | C2H5NO | amide | 80-82 | 240 | 70 | 310 | 60 tot 100 C | laag | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: hoge latente warmte Nadelen: toxisch/irriterend; minder geschikt voor gebouwen |
| NaNO3-KNO3 laag smeltend mengsel | NaNO3/KNO3 | nitraatzout | ca. 220-240 | 90-120 | 90 | 180-210 | 200 tot 260 C | middel | InfoTemp.groep: 100 tot 200 C Voordelen: bekende zoutchemie; relatief goedkoop Nadelen: oxiderend; corrosie; stolt bij hoge temperatuur |
| Lithium nitraat | LiNO3 | nitraatzout | 253 | 250-260 | 65 | 315-325 | 230 tot 270 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 200 tot 300 C Voordelen: hoge latente warmte Nadelen: lithiumprijs; corrosie; oxiderend |
| Bismut | Bi | metaal | 271 | 50 | 8 | 58 | 250 tot 300 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 200 tot 300 C Voordelen: hoge warmtegeleiding; minder toxisch dan Pb/Cd Nadelen: duur; lage latente warmte per kg |
| Tin | Sn | metaal | 232 | 60 | 10 | 70 | 210 tot 250 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 200 tot 300 C Voordelen: hoge warmtegeleiding; bekend metaal Nadelen: duurder dan zouten; lage latente warmte per kg |
| Tin(II)chloride | SnCl2 | chloridezout | 247 | 50-70 | 45 | 95-115 | 225 tot 265 C | laag | InfoTemp.groep: 200 tot 300 C Voordelen: relatief laag smeltpunt voor zout Nadelen: corrosief; matige latente warmte |
| Natriumnitraat | NaNO3 | nitraatzout | 306 | 170 | 90 | 260 | 280 tot 340 C | middel | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: hoge latente warmte; bekend zout Nadelen: oxiderend; corrosie; ontleding bij oververhitting |
| Kaliumnitraat | KNO3 | nitraatzout | 334 | 95 | 90 | 185 | 310 tot 370 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: bekend en beschikbaar Nadelen: lagere latente warmte; oxiderend; corrosie |
| Natriumhydroxide | NaOH | hydroxide | 318 | 160-170 | 105 | 265-275 | 290 tot 350 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: goedkoop; hoge opslagdichtheid Nadelen: zeer corrosief; gevaarlijk bij watercontact |
| Kaliumhydroxide | KOH | hydroxide | 360 | 150 | 105 | 255 | 330 tot 390 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: hoge opslagdichtheid Nadelen: zeer corrosief; hygroscopisch |
| Zink | Zn | metaal | 419.5 | 112 | 25 | 137 | 390 tot 450 C | middel | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: hoge geleidbaarheid; compact Nadelen: hoge dichtheid; oxidatie; containment nodig |
| Cadmium | Cd | metaal | 321 | 55 | 10 | 65 | 300 tot 340 C | laag | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: hoge geleidbaarheid Nadelen: cadmium is toxisch; praktisch af te raden |
| Lood | Pb | metaal | 327 | 23 | 7 | 30 | 300 tot 350 C | laag | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: goedkoop metaal; hoge dichtheid Nadelen: giftig; zeer lage latente warmte per kg |
| MgCl2-KCl-NaCl eutecticum | MgCl2/KCl/NaCl | chloridezout | 380-450 | 150-250 | 100 | 250-350 | 420 tot 520 C | middel | InfoTemp.groep: 300 tot 450 C Voordelen: goedkoper dan lithiumzouten; hoge temperatuur Nadelen: chloridecorrosie; vochtgevoelig; HCl-risico |
| Li2CO3-K2CO3 eutecticum | Li2CO3/K2CO3 | carbonaatzout | 490-500 | 250-300 | 120 | 370-420 | 460 tot 540 C | middel | InfoTemp.groep: 450 tot 650 C Voordelen: hoge latente warmte; hoge temperatuur Nadelen: lithiumkosten; corrosie; materiaalkeuze |
| Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 eutecticum | Li/Na/K carbonaten | carbonaatzout | 397-500 | 200-280 | 150 | 350-430 | 450 tot 550 C | middel | InfoTemp.groep: 450 tot 650 C Voordelen: goede opslagdichtheid; bekend molten-salt domein Nadelen: corrosie; hoge smelttemperatuur; lithiumprijs |
| Al-Si eutecticum | Al-Si | metaallegering | 577 | 400-560 | 60 | 460-620 | 550 tot 620 C | middel-hoog technisch | InfoTemp.groep: 450 tot 650 C Voordelen: zeer hoge volumetrische opslag; hoge geleidbaarheid Nadelen: hoge temperatuur; oxidatie; uitzetting; containment |
| Al-Cu-Si legeringen | Al/Cu/Si | metaallegering | 520-620 | 250-450 | 120 | 370-570 | 500 tot 650 C | middel | InfoTemp.groep: 450 tot 650 C Voordelen: afstembare overgang; hoge geleidbaarheid Nadelen: legeringscontrole; oxidatie; cyclische degradatie |
| Mg-Zn legeringen | Mg/Zn | metaallegering | 340-600 | 150-300 | 60-100 | 210-400 | afhankelijk legering | middel-laag | InfoTemp.groep: 450 tot 650 C Voordelen: licht; goede geleidbaarheid Nadelen: Mg oxidatie/brandbaarheid; legeringsstabiliteit |
| Zink-aluminium eutectica | Zn/Al | metaallegering | 380-420 | 100-200 | 50 | 150-250 | 350 tot 450 C | middel | InfoTemp.groep: 450 tot 650 C Voordelen: goed geleidbaar; compact Nadelen: oxidatie; lagere latente warmte |
| Aluminium | Al | metaal | 660 | 397 | 75 | 470 | 620 tot 700 C | middel-hoog technisch | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: goedkoop metaal; hoge geleidbaarheid; hoge volumetrische dichtheid Nadelen: oxidatie; hoge temperatuur; volumeverandering |
| Magnesium | Mg | metaal | 650 | 370 | 85 | 455 | 610 tot 690 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: licht; hoge latente warmte Nadelen: brand-/oxidatierisico; containment lastig |
| Natriumchloride | NaCl | chloridezout | 801 | 480 | 70 | 550 | 760 tot 840 C | middel | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: goedkoop; hoge latente warmte Nadelen: corrosief bij hoge temperatuur; hoge smelttemperatuur |
| Kaliumchloride | KCl | chloridezout | 770 | 350 | 65 | 415 | 730 tot 810 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: goedkoop; beschikbaar Nadelen: chloridecorrosie; hoge temperatuur |
| Calciumchloride | CaCl2 | chloridezout | 772 | 190 | 80 | 270 | 730 tot 810 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: redelijk goedkoop Nadelen: sterk hygroscopisch; corrosief |
| Lithiumcarbonaat | Li2CO3 | carbonaatzout | 723 | 500 | 100 | 600 | 680 tot 760 C | middel | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: hoge latente warmte Nadelen: lithiumkosten; corrosie; hoge temperatuur |
| Natriumcarbonaat | Na2CO3 | carbonaatzout | 851 | 270 | 90 | 360 | 810 tot 890 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: goedkoop; beschikbaar Nadelen: corrosie; hoge temperatuur |
| Kaliumcarbonaat | K2CO3 | carbonaatzout | 891 | 235 | 90 | 325 | 850 tot 930 C | middel-laag | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: beschikbaar; hoge temperatuur Nadelen: corrosief; hoge smelttemperatuur |
| Lithiumfluoride | LiF | fluoridezout | 848 | 1000 | 160 | 1160 | 800 tot 900 C | laag-middel technisch | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: zeer hoge latente warmte Nadelen: duur; corrosief; fluorideveiligheid |
| Natriumfluoride | NaF | fluoridezout | 993 | 790 | 110 | 900 | 950 tot 1030 C | laag-middel technisch | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: hoge latente warmte Nadelen: fluoridecorrosie; toxiciteit/veiligheid |
| Koper | Cu | metaal | 1085 | 205 | 40 | 245 | 1030 tot 1130 C | laag-middel | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: hoge geleidbaarheid Nadelen: duur; hoge temperatuur; matige latente warmte |
| Silicium | Si | metalloide | 1414 | 1800 | 90 | 1890 | 1350 tot 1470 C | laag experimenteel | InfoTemp.groep: 650 C en hoger Voordelen: extreem hoge latente warmte Nadelen: zeer hoge temperatuur; materiaalcompatibiliteit extreem moeilijk |
Samenvatting per materiaaltype
Paraffines en vetzuren
Meestal redelijk stabiel en weinig corrosief, maar brandbaar en slecht warmtegeleidend. Zonder vinnen, grafiet, metaalfoam of grote warmtewisselaaroppervlakken is het laad- en ontlaadvermogen beperkt.
Zout-hydraten
Vaak goedkoop en volumetrisch aantrekkelijk, maar gevoelig voor onderkoeling, fasescheiding, corrosie en hydraatverlies. Additieven en nucleatoren zijn vaak nodig.
Suikeralcoholen
Hoge latente warmte in het gebied rond 90-170 C, maar grote onderkoeling, polymorfie en cyclische degradatie kunnen de praktische bruikbaarheid beperken.
Hoge-temperatuurzouten en metalen
Interessant boven ongeveer 200 C. Bij zouten domineren corrosie en veiligheid; bij metalen zijn warmtegeleiding en volumetrische opslag sterk, maar oxidatie, prijs, dichtheid en containment zijn kritisch.
Waarom hoge latente warmte niet genoeg is
Een PCM kan op papier veel energie opslaan en toch slecht functioneren in een echte warmtebuffer. De belangrijkste faalfactoren zijn lage warmtegeleiding, onderkoeling, fasescheiding, corrosie, volumeverandering, brandbaarheid, giftigheid en materiaalkosten. Voor Caldum is daarom niet alleen de energiedichtheid relevant, maar vooral de combinatie van temperatuurgebied, cyclische stabiliteit, veiligheid, warmteoverdracht en schaalbare kostprijs.
Bronnen en datagebruik
Dit overzicht is opgebouwd als technische longlist. Raadpleeg voor definitieve engineering altijd leveranciersdata, DSC-metingen en eigen cyclustests. Nuttige algemene bronnen: