Innovative methods to produce and characterize metallic phase change materials

Nowadays, the huge energy demand requires a more effective energy utilization and, since the majority of energy consumed in modern societies is heat-based, Thermal Energy Storage (TES) is one of the possible solutions to this issue, allowing to store thermal energy during heating or phase transformations of a material and released when the process is reversed. Among these systems, Phase Change Materials (PCMs) can store latent heat associated to a phase transition, providing a great density of stored energy with a narrow temperature interval between storing and releasing heat. In this thesis, Al-Sn based alloys have been studied as PCMs and characterized microstructurally, thermally, functionally and mechanically. In particular, Micro Computer Tomography experiments have been conducted at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Grenoble, France). At the same time, new possible production techniques and alloys have been studied: the first resulted in new samples produced by Rapid prototyping, while new alloys are still just a theoretical, though promising, research.

Negli ultimi decenni, l’enorme richiesta di energia ha portato alla necessità di un utilizzo più efficace delle risorse disponibili e, poiché la maggior parte dell’energia consumata nella società moderna è basata sul calore, una possibile soluzione è l’utilizzo di sistemi di accumulo energetico (Thermal Energy Storage, TES), che permettono di accumulare energia termica durante il riscaldamento o la trasformazione di fase di un materiale e rilasciarla quando il processo viene invertito. Tra questi i materiali a cambiamento di fase (Phase Change Materials, PCM) possono accumulare calore latente associato a una transizione di fase, assicurando una grande densità di energia accumulata in un ristretto intervallo di temperatura tra accumulo e rilascio del calore. In questa tesi, leghe di Al e Sn sono state studiate come PCM e ne è stata effettuata una caratterizzazione microstrutturale, termica, funzionale e meccanica. In particolare, sono state effettuate Micro-Tomografie Computerizzate presso l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Grenoble, France). Allo stesso tempo, nuove tecniche di produzione e nuove leghe sono state studiate: nel primo caso sono stati prodotti nuovi campioni per prototipazione rapida, mentre la ricerca sulle nuove leghe, benché promettente, è ancora teorica.