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Experimental demonstration of a multi-stage boiling heat extraction concept for high-temperature metallic phase change thermal energy storage in electric vehicles

Nees, Frank und Ignatzi, Lukas Emanuel und Siefkes, Tjark (2025) Experimental demonstration of a multi-stage boiling heat extraction concept for high-temperature metallic phase change thermal energy storage in electric vehicles. Journal of Energy Storage, 120, Seite 116427. Elsevier. doi: 10.1016/j.est.2025.116427. ISSN 2352-152X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
13MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X25011405

Kurzfassung

Thermal energy storage using metallic phase change materials is a promising technology for enhancing the thermal management of electric vehicles in cold environments. However, the high operating temperature range of such systems poses challenges for thermal discharge, especially when transferring heat to the vehicle's coolant circuit. This study proposes a novel multi-stage boiling heat extraction concept for thermal discharge and presents a prototype design with experimental validation. The lab-scale storage system utilizes an aluminum‑silicon alloy housed in a box-shaped graphite container. Heat extraction is achieved through a closed-loop boiling and condensing cycle using water as the working fluid, where the extracted heat is controllable and can be shut off as needed. Experiments were conducted successfully across an operating temperature range of 650 °C to 100 °C. High specific heat discharge rates were achieved at various storage temperatures—high, medium, and low—with peak values exceeding 20 W/cm^2. The system effectively utilizes both the latent and sensible heat of the storage material, demonstrating high efficiency and low pumping power requirements. Under pressure-tight conditions, the absolute pressure in the discharge system remained below 1.4 bar. The experimental results confirm the functionality of this novel concept, overcoming the challenges of transferring high-temperature storage heat to a vehicle's coolant circuit and providing a viable technical solution for future applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213558/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Experimental demonstration of a multi-stage boiling heat extraction concept for high-temperature metallic phase change thermal energy storage in electric vehicles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Nees, FrankFrank.Nees (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-4628-3379NICHT SPEZIFIZIERT
Ignatzi, Lukas EmanuelDLR-FKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siefkes, TjarkTjark.Siefkes (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:31 März 2025
Erschienen in:Journal of Energy Storage
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:120
DOI:10.1016/j.est.2025.116427
Seitenbereich:Seite 116427
Verlag:Elsevier
ISSN:2352-152X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermal energy storage, Metallic phase change material, Heat extraction, Flow boiling, Boiling crisis, Electric vehicles
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Hinterlegt von: Nees, Frank
Hinterlegt am:21 Mai 2025 11:27
Letzte Änderung:21 Mai 2025 11:27

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