有机-无机混合相变材料的热物性研究

目的获得有效改善过冷,同时保持较高潜热、性能稳定的混合相变储能材料。方法分别制备不同质量比的硬脂酸/Mg(NO_3)_2·6H_2O、硬脂酸/Na_2HPO_4·12H_2O的混合材料,使用高低温交变箱测试长期循环性能,用温度记录仪测其步冷曲线,得到相变温度和过冷度,再使用参比温度曲线法对相变材料循环前后的相变潜热进行测试比较。结果硬脂酸/Na_2HPO_4·12H_2O混合材料的过冷度降低至3℃左右,经300次融化/凝固循环后过冷度维持恒定,潜热衰减率在20%以内。结论采用结构相似的2种混合相变材料均可改善无机水合盐的过冷度。硬脂酸与Mg(NO_3)_2·6H_2O相容性不佳,相变潜热的衰减加剧,循环稳定性变差,而硬脂酸与Na_2HPO_4·12H_2O的相容性良好,性能表现稳定,是一种良好的储能材料。     

膨胀石墨/芒硝复合定形相变材料制备及性能研究

以复合芒硝(SCNa)为相变材料,膨胀石墨为载体,采用真空吸附法制备出导热增强型膨胀石墨/复合Na_2SO_4·10H_2O定形相变材料。试验结果表明:表面活性剂OP-10(质量分数5%)的加入能有效提高膨胀石墨和复合Na_2SO_4·10H_2O相变材料的结合稳定性,表面活性剂的添加对定形相变材料导热系数基本无影响,添加表面活性剂的膨胀石墨定形相变材料导热系数为2.26 W/(m·K),为原复合芒硝相变材料的215%。     

膨胀石墨/五水硫代硫酸钠相变储能复合材料热性能

五水硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃·5H₂O）相变储能材料具有较高的相变潜热、储能密度等,但Na₂S₂O₃·5H₂O存在过冷和相分离,性能较不稳定。添加成核剂K₂SO₄、CaSO₄·2H₂O、Na₄P₂O₇·10H₂O和强化传热材料膨胀石墨（EG）进行改性,制备得到性能稳定的EG/Na₂S₂O₃·5H₂O相变储能复合材料。测试结果显示:K₂SO₄对Na₂S₂O₃·5H₂O的成核性较差,CaSO₄·2H₂O、Na₄P₂O₇·10H₂O均有较好的成核作用,可明显降低Na₂S₂O₃·5H₂O过冷度,但CaSO₄·2H₂O体系不稳定,添加3.0%质量分数的Na₄P₂O₇·10H₂O可使Na₂S₂O₃·5H₂O过冷度降低至1℃以内,0.5%~2.0%质量分数的EG可使其过冷度降低至2℃左右,7.0%质量分数的EG可完全消除体系的相分离。复合相变材料的较优组成为7.0%的EG、3.0%的Na₄P₂O₇·10H₂O和90.0%的Na₂S₂O₃·5H₂O。此时,EG/Na₄P₂O₇·10H₂O/Na₂S₂O₃·5H₂O复合材料相变潜热为192.5 kJ·kg-1,相变时无液态泄露,无相分离,储热时间比纯物质缩短22.3%,放热较快。      

相变储能材料CaCl2·6H2O相变温度调节的实验研究

对添加了少量Ba(OH)2和SrCl2·6H2O稳定剂的相变储能材料CaCl2·6H2O相变温度调节进行了实验研究.研究结果表明:相变储能材料CaCl2·6H2O通过添加过量水的方法能够实现其相变温度的调节,添加过量水的合适范围为0～10％(质量分数),其相变温度调节的合适范围则24.16～28.54℃之间.基于实验结果理论回归得到的相变储能材料CaCl2·6H2O相变温度与添加过量水的关系式,在使用相变储能材料CaCl2·6H2O时,能够对添加不同数量过量水的相变储能材料CaCl2·6H2O之相变温度进行预测.这对于温室的温度控制以及培育优良花卉和特定农作物是非常有用的.     

新型复合相变储能材料Na/Paraffin的制备与性能分析

为提升广泛应用于相变储能领域的石蜡的导热系数,在手套箱内将导热系数高、熔点低、密度小的金属Na与石蜡复合为Na/paraffin新型相变储能材料,并对其导热系数、相变潜热及储/放热特性进行研究。结果表明:5%Na/95%paraffin复合相变储能材料导热系数较纯石蜡提高了17.6倍,储/放热速率均较纯石蜡提升了1倍;经过200次循环实验后,3%Na/97%paraffin复合相变储能材料相变温度由60.58℃下降到59.65℃,相变潜热由166.7520J·g~(-1)下降到160.5632J·g~(-1),热导率由2.33W·m~(-1)·K~(-1)减少到1.98W·m~(-1)·K~(-1)。     

CH3COONa·3H2O相变储能性能研究

三水醋酸钠(CH3COONa.3H2O)由于潜热较高而常作为相变储能材料被众多学者研究;而其适宜的熔点,使其能适用于家用热水储能系统等。然而,三水合醋酸钠在相变过程中存在着严重的过冷和相分离的问题。本文以三水合醋酸钠作为相变基体材料,经研究、比较分别以羧甲基纤维素、明胶作为增稠剂,添加各种成核剂后的各体系的相变储能性能,从而得出羧甲基纤维素比明胶作为该体系的增稠剂的效果好得多,Na2SiO3.9H2O、Na2B4O7.10H2O的成核效果较好。     

三水硝酸锂-膨胀石墨定型相变材料的制备与储热性能研究

以三水硝酸锂(LiNO_3·3H_2O)为相变材料,通过筛选定型基材,添加成核剂用物理吸附法制备出三水硝酸锂/膨胀石墨(EG)复合定型相变材料。采用差示扫描量热仪(DSC)和X-粉末衍射仪(XRD)对复合相变材料进行结构和性能的表征与测量。结果表明:该定型复合相变材料的最优比例为:98%(wt,质量分数,下同)LiNO_3·3H_2O+2%EG,该材料的相变潜热达到235.40J/g,相变温度为29.86℃。LiNO_3·3H_2O/EG复合定型相变材料经100次原位DSC循环后相变温度几乎无变化,相变潜热累计衰减率为1.86%,表明该复合定型相变材料是一种热稳定性能良好储能材料,可应用于墙体保温,地暖空调砖等一系列建筑节能新领域。     

膨胀石墨/八水氢氧化钡复合定型相变材料的制备与储热性能研究

通过在八水氢氧化钡中添加成核剂磷酸二氢钾和强化传热材料膨胀石墨,利用真空吸附法制备了膨胀石墨/八水氢氧化钡复合定型相变材料。采用Leica DM6000M显微镜,"步冷曲线法"和量热法对其热性能进行了表征和测试,结果发现,添加0.5%~2%的磷酸氢二钾可使八水氢氧化钡的过冷度由11.4℃降低到0.5℃以内,1%~3%的膨胀石墨可使过冷度降低到4℃。复合定型相变材料的较优组成为:93%Ba(OH)2·8H2O+6%EG+1%KH2PO4时,其相变潜热为248.3kJ/kg,与纯物质相比可缩短储热时间45.1%,缩短放热时间54.5%,且相变中无液态产生,是较好的"固-固"定型复合相变材料。     

相变温度可调的无机混盐体系相变储能材料

现阶段,利用无机水合盐制备相变储能材料已成为一大研究热点,但是单组份无机水合盐相变储能材料的相变温度高,较难适用于温室大棚、室内节能材料等低温应用领域。为了解决这一问题,将CaCl2·6H2O、MgCl2·6H2O以及H2O混合配制出了CaCl2-MgCl2-H2O混盐体系,并采用Thistory方法和差示扫描量热法研究了混盐的体系组成、成核剂添加量等因素对材料相变性能的影响。制备的CaCl2-MgCl2-H2O混盐相变材料可以在25℃以下完全熔解,并且通过改变混盐体系的组成可使材料凝固温度在10℃~20℃范围内可调。此外,本研究在一定程度上解决了无机水合盐相变储能材料在相变过程中的过冷和相分离现象。     

环氧树脂-磷酸氢二钠复合相变储能材料的制备与性能研究

相变储能具有工艺简单、使用方便、成本低廉等优点,近年成为能量利用、系统控温等领域中的研究热点.研究以固化环氧树脂为载体材料、Na2HPO4·12H2O为相变功能材料,获得了一种定形复合相变储能材料.实验制备材料的热分析、IR光谱等研究表明,获得的复合材料在低于100℃的温度段具有多个相变峰;总相变潜热较高;固化环氧树脂能较好地将Na2HPO4·12H2O包裹,它们之间为简单的物理作用.     

无机盐/陶瓷基复合蓄热材料高温稳定性的研究

通过理论分析和XRD、DSC及传统热分析等实验手段研究了新型无机盐/陶瓷基复合蓄热材料的高温稳定性。结果表明,相变材料Na2SO4在1000℃高温下具有热力学稳定性,适合作为复合材料的相变介质;Na2SO4/SiO2复合蓄热材料具有良好的高温热稳定性,经100次热循环后,其热失重率低于1.26%、潜热值降低约6.19%、相变温度基本保持恒定,且熔化-凝固特性和热震稳定性良好。Na2SO4/SiO2复合材料适合作为工业炉高温蓄热器储能用蓄热材料。     

Preparation and Thermal Characterization of Nitrates/Expanded Graphite Composite Phase-Change Material for Thermal Energy Storage

Molten nitrate is widely used as thermal storage medium in the solar thermal power plants for its appropriate phase-change temperature, high heat storage density and low cost, etc. But its low thermal conductivity, heat absorbing and releasing rate limited its application. Expanded graphite (EG) can compensate the low thermal conductivity of nitrate. In this study, binary nitrates at the weight ratio of 4:6 for \(\hbox {LiNO}_{3}:\hbox {KNO}_{3}\) were prepared using static mixed melting method. EG with the mass fraction of 5 %, 10 %, 15 %, 20 % and 30 % was used to enhance the thermal conductivity. The compound of nitrates/EG was prepared using the ultrasonic smashing method. The thermal conductivity of binary nitrates, EG and nitrates/EG composite was measured by the transient plane heat source technique (TPS). The thermal behaviors were analyzed with a differential scanning calorimeter (DSC). Results showed that the addition of EG significantly enhanced the thermal conductivity, e.g., the thermal conductivity of 10 wt% EG composite phase-change material (PCM) is 8.5 \(\hbox {W}(\hbox {m}{^{-1}} \hbox {K}{^{-1}})\) to 9.5  \(\hbox {W}(\hbox {m}{^{-1}}\hbox {K}{^{-1}})\), which is about eight times larger than that of binary nitrates. To observe the combination morphology, pure EG, nitrates/EG composite PCM and binary nitrates were characterized using scanning electron microscope (SEM). The thermal reliability of the binary nitrates and the composite PCM was determined by DSC. Thermal cycling test showed that both binary nitrates and nitrates/EG composite material have good thermal reliability.     

Preparation and heat storage/release behavior of latent heat storage gypsum-based building materials

A new method to manufacture gypsum-based building materials with high latent heat storage capability is described. When expanded graphite is used as the adsorption medium for butyl stearate, an organic/inorganic phase-change composite is formed. This composite can be mixed with gypsum to manufacture a latent heat storage gypsum-based building material. Differential scanning calorimetry (DSC) test results indicate that the phase-change enthalpy value of this composite is similar to that of pure butyl stearate and that it therefore displays good thermophysical properties. We found that a mixture of gypsum with this composite should contain no more than 5 % of the latter to maintain the workability of the paste. The hardened gypsum–composite material exhibits some defects in the interface between the phase-change composite and the gypsum, but these do not seriously affect the strength of the gypsum product. The results of a temperature cycle test illustrate that gypsum containing 5 % phase-change composite can deliver high-performance heat storage/release. This characteristic of the composite will improve the inertia of ambient temperature fluctuations, making it applicable as a new building product that will conserve energy.     

熔融自发浸渗制备多孔陶瓷复合相变储能材料

研究了融盐Na2SO4与石英质多孔陶瓷预制体的自发熔融浸渗制备工艺,成功地制备出无机盐/陶瓷基(Na2SO4/SiO2)复合相变储能材料,观察和分析了该材料的物相组成与显微结构特征,对该材料的各项热物理性能和机械性能进行了测量.结果表明:自发熔融浸渗工艺比混合烧结工艺更适合于制备无机盐陶瓷基复合相变储能材料.     

工业炉用Na2SO4/SiO2复合蓄热材料的研究

为改善工业炉高温烟气余热回收设备中蓄热材料的性能，本研究成功地研制了Na2SO4／SiO2显热／潜热复合蓄热材料，并讨论了烧结温度和时间、成形压力、添加剂等因素对复合蓄热材料热物性、致密度和抗压强度的影响。这种复合蓄热材料继承了传统蓄热材料的优点，同时又结合了相变材料的长处，克服了二者的不足，从而具有稳定性好、蓄放热快和蓄热密度高的性能。     

低温冷链物流用相变材料的优化及应用

本文针对-23 ℃以下的低温冷链物流场合,研制了一种由甲酸钠（HCOONa）、氯化铵（NH4Cl）和水组成的新型复合相变蓄冷材料SF70（HCOONa-NH4Cl-H2O质量比为2:1:7）,并以SF70为基液,添加纳米粒子、增稠剂对其过冷度、导热率导热系数及相分离现象进行优化,对优化后的材料进行循环性能实验及保温箱应用实验。结果表明：添加质量分数为0.4% 的TiO2纳米粒子在综合改善蓄冷材料的过冷度及导热性能上表现最优;添加质量分数为1%的 PAAS增稠剂能有效消除复合材料的相分离现象。经优化的最终材料为SF70+0.4% TiO2+1% PAAS,其相变温度为-29.9 ℃、潜热为255 kJ/kg、过冷度为2.8 ℃、导热率导热系数为0.652 2 W/(m?K)。经过200次循环试验,复合材料热性能稳定。将该复合材料应用在于自制保温箱中可使冷冻肉丸维持保持在-23 ℃以下超20 h,能够满足短途冷链运输的要求。     

空气浴条件下三水醋酸钠相变材料的储热性能实验

三水醋酸钠（CH₃COONa3H₂O）作为一种无机相变储能材料,具有潜热值高、导热性能好等优点,但是其在凝固过程中过冷度大制约了CH₃COONa3H₂O的应用。为了调节CH₃COONa3H₂O在空气浴条件下的过冷度,本文选用Na₂HPO₄12H₂O、Na₂CO₃10H₂O、Na₄P₂O₇10H₂O、Na₃PO₄12H₂O、Na₂SiO₃9H₂O、Na₂S₂O₃9H₂O和Na₂B₄O₇10H₂O这7种无机水合盐材料作为成核剂,采用步冷曲线法在高低温试验箱中进行过冷度调节实验和热循环实验。结果表明：在空气浴条件下,质量分数为96% CH₃COONa3H₂O+2% Na₂HPO₄12H₂O+2%羧甲基纤维素的复合相变材料过冷度最小,为5.6℃;将复合相变材料进行25、50和75次热循环后,其相变点温度几乎维持不变,过冷度随循环次数增加而逐渐增大,相变潜热值随循环次数的增加逐渐减小。本研究丰富了CH₃COONa3H₂O相变材料的过冷度调节方案,为其工程化应用提供了参考。