碳酸盐复合蓄热材料的制备及热物性研究

以二元碳酸盐（Li₂CO₃-K₂CO₃,BC,62：38,摩尔比）和三元碳酸盐（K₂CO₃-Li₂CO₃-Na₂CO₃,TC,1：2：1,摩尔比）为相变材料,以氧化镁为基体材料,通过混合烧结法制备陶瓷基复合蓄热材料。二元碳酸盐复合材料（BCC）和三元碳酸盐复合材料（TCC）的熔点与相应混合碳酸盐的熔点相近,分别为465.1℃和386.4℃,并在其最高使用温度（800℃）范围内维持较高的比热容;且复合材料的潜热值均大于150.0 J/g。基于XRD和SEM的表征分析,两种复合蓄热材料具有较好的化学稳定性,且基体材料能很好地混合支撑相变材料。两种复合材料分别进行50次热循环,其热物性参数没有发生明显变化,具有较好的热循环稳定性。     

K_2SO_4/莫来石纤维复合相变储能材料的研究

本实验采用混合烧结法制备了K2SO4/莫来石纤维复合相变材料,研究了该复合材料的物相、相变蓄热潜热值、组成、循环过程中相变材料K2SO4的损失率。运用XRD、DSC和称重法等方法对复合相变材料进行了表征。结果表明:复合材料的混合相为K2SO4和莫来石,两者并没有发生化学反应,且具有良好的化学相容性和化学稳定性;相变材料的转变温度为1040℃,且当K2SO4/莫来石纤维复合相变材料中基体材料与相变材料质量比为1:3时,效果最佳。     

中高温复合相变储热材料的制备及性能研究

采用直接混合-压制-烧结工艺,制备了以碳酸钠-碳酸钾、碳酸钠-氯化钠、碳酸钠-氯化钠-氯化钾为相变材料的中高温复合相变储热材料。采用差式扫描量热法(DSC)、重量法和热循环法对中高温复合相变储热材料的相变峰值温度、相变潜热、热稳定性等性能做了表征。实验结果表明,以碳酸钠-氯化钠-氯化钾三元熔盐作为相变材料制备中高温复合相变储热材料,相变峰值温度为567℃,相变潜热高,是碳酸钠-碳酸钾二元熔盐的2.7倍,在750℃以下有较好的热稳定性,且具有较好常温力学性能。     

硝酸盐/膨胀石墨复合相变材料的热性能

选用熔点为131.1℃、相变潜热值为170.2J/g的40%(质量分数,下同)LiNO_3-60%KNO_3二元混合硝酸盐作为相变材料,选用高导热性、高比表面积、化学稳定性及热稳定性良好的膨胀石墨(EG)作为载体材料,采用磁力搅拌法制备得到LiNO_3-KNO_3/EG复合相变储热材料,并对其进行微观形貌表征、热物理性能测试、热稳定性研究及热性能分析。结果表明:混合熔盐较好地渗入到EG的多孔骨架结构中,且整体分散较为均匀,未出现混合熔盐团聚的现象;由于EG的强化传热、异相成核作用和微孔内压力变化的综合作用,导致样品的熔点和凝固点均有所降低,其中凝固点温度降低较多;EG的加入显著提高了样品的热导率;10%EG的加入使复合材料中较易分解的KN03的分解温度由380℃上升到430℃,扩大了相变材料的应用范围。     

高温碳酸熔盐的制备及传热蓄热性质

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,根据碳酸盐的相图数据,利用静态熔融的方法制备了碳酸钠-碳酸钾新型熔盐,并对熔盐添加氯化钠、氯化钾、碳酸锂等高熔点物质进行改性,采用差式扫描量热法（DSC）、重量法、电位滴定法和热循环法对混合熔盐的熔点、相变潜热、离子变化、热稳定性等热力学性质进行了表征。实验结果表明,碳酸锂改性后的碳酸熔盐熔点和相变潜热数据较氯化钠、氯化钾改性的优越,但价格较贵,不适合作为太阳能高温传热介质;价格较低的氯化钠改性后的碳酸熔盐具有熔点比二元碳酸熔盐低133℃、相变潜热增加为二元碳酸熔盐的1．9倍和在850℃以下热稳定性好的特点,是一种比较理想的高温热载体。     

复合定型相变储能材料SiO2／Na2SO4的性能研究

试验采用混合成形烧结的方法制备出SiO2／Na2SO4复合定型相变储能材料。本研究探讨了复合定型相变储能材料中基体材料SiO2的制备工艺和含量、相变材料含量、矿化剂含量以及烧成制度对复合相变储能材料强度和储能效果的影响。利用DSC对复合定型相变储能材料的储能效果进行了表征,结果表明：当复合储能材料中基体材料SiO2含量为25wt％、外加矿化剂氟化钠为5wt％（相对于石英质量）、烧结温度为930℃、保温时间为0．5h、升温速率控制在2～7℃／min时,所制备的复合材料的储能效果和稳定性较好。     

Ba(OH)_2·8H_2O复合相变材料及其在太阳能光伏/热集热器上的释热特性

开发了一种熔点为78℃的八水氢氧化钡复合相变材料,通过添加成核剂使复合相变材料的过冷度降低3~5℃,结合纳米技术使材料的热导率提高了11.7%。基于包含复合相变蓄热材料与石蜡、水蓄热的梯级蓄热太阳能光伏、光热集热器,对该新型材料的释热特性进行了实验,实验结果表明,八水氢氧化钡复合相变蓄热材料无过冷,在其相变温度上相变平稳。在水流量为90 L·h~(-1),环境温度为20℃时,集热系统可以有效地储存太阳能,以50℃为参考点放热时间长达60 min以上,且在放水前20 min内,系统的出水温度都高于70℃,因此该系统能够在降低太阳电池工作温度的同时,满足日常生活需求。     

Ba(OH)2·8H2O复合相变材料及其在太阳能光伏/热集热器上的释热特性

开发了一种熔点为78℃的八水氢氧化钡复合相变材料,通过添加成核剂使复合相变材料的过冷度降低3~5℃,结合纳米技术使材料的热导率提高了11.7%。基于包含复合相变蓄热材料与石蜡、水蓄热的梯级蓄热太阳能光伏、光热集热器,对该新型材料的释热特性进行了实验,实验结果表明,八水氢氧化钡复合相变蓄热材料无过冷,在其相变温度上相变平稳。在水流量为90 L·h^-1,环境温度为20℃时,集热系统可以有效地储存太阳能,以50℃为参考点放热时间长达60 min以上,且在放水前20 min内,系统的出水温度都高于70℃,因此该系统能够在降低太阳电池工作温度的同时,满足日常生活需求。     

纳米材料/十四酸混合相变蓄热材料的制备与特性

选用纳米金属Cu和碳素材料石墨烯纳米片(GnPs)为改性剂分别添加至十四酸(MA)中,制备出Cu质量分数为1%、2%、3%和4%的Cu/MA混合相变蓄热材料及GnPs质量分数为1%、2%和3%的GnPs/MA混合相变蓄热材料,并对混合相变材料性能进行表征。结果表明:Cu/MA固态和液态热导率随Cu质量分数增加呈线性提高,1%(质量)GnPs/MA固态热导率较纯MA显著提高101.51%,随GnPs质量分数增加,热导率增幅减缓;FT-IR谱图表明Cu与MA及GnPs与MA间的混合均为物理作用;DSC结果显示添加Cu或GnPs可降低MA的过冷度和相变潜热,且随质量分数增加,相变潜热逐渐降低;4%(质量)Cu/MA和3%(质量)GnPs/MA放热时间相比于纯MA分别减少了23.4%和38.7%;4%(质量)Cu/MA和3%(质量)GnPs/MA在经历300次快速热循环试验后,晶体结构和相变温度基本保持不变,相变潜热分别降至168 J·g~(-1)和181 J·g~(-1)左右,仍满足蓄放热要求,两种材料均具有良好的热循环稳定性。     

硝酸钠/硅藻土复合相变材料的制备与热性能研究

采用溶液浸渍法制备出硝酸钠/硅藻土复合相变材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)分别对其形貌、成分、相变性能进行表征;同时对该复合相变材料的热稳定性进行探讨。DSC结果显示,硝酸钠/硅藻土复合相变材料的熔点(Tm)是305℃,凝固点(Tc)是299.7℃,熔融焓(ΔHm)和凝固焓(ΔHc)分别是94.1 J/g和94.3 J/g。热稳定性测试显示硝酸钠/硅藻土复合相变材料经过热循环后仍然保持了良好的热稳定性。     

复合蓄热材料的研制与应用

以KAl(SO4)2·12H2O为相变材料,以多孔陶瓷为基体,采用熔融浸渍法制备了复合相变蓄热材料。此复合相变材料结合了潜热蓄热材料与显热蓄热材料的优点,并克服了无机盐相变材料相变过程无定型的缺点及陶瓷蓄热显热小的缺点。将自制的复合蓄热材料实际应用于咖啡壶加热设备中,实验结果表明加入复合蓄热材料后的咖啡壶每小时节能率达38.8%。     

新型相变蓄热材料的热物性测试

为了寻找新型相变蓄热材料,对不同配比下NaCl/KCl/MgCl2三元体系的熔点进行了测量,提出了一种新型三元相变蓄热材料质量分数之比为20%NaCl/20%KCl/60%MgCl2;搭建了准稳态法测试试验台,并利用试验台对新型三元相变蓄热材料的主要热物性参数,包括比热、导热系数和熔解热进行了测试。测定温度范围61.21—573.65℃;利用多项式函数对导热系数和比热试验数据进行了拟合,拟合平均相对偏差小于1.5%。试验结果表明,新型相变蓄热材料潜热大、蓄热密度高、且具有较高的导热系数,具有广阔的工程应用前景。     

硝酸盐/膨胀石墨复合相变材料的热性能EI北大核心CSCD

选用熔点为131．1℃、相变潜热值为170．2J／g的40％（质量分数,下同）LiNO3-60％KNO3二元混合硝酸盐作为相变材料,选用高导热性、高比表面积、化学稳定性及热稳定性良好的膨胀石墨（EG）作为载体材料,采用磁力搅拌疰去制备得到LiNO3-KNO3／EG复合相变储热材料,并对其进行微观形貌表征、热物理性能测试、热稳定性研究及热性能分析。结果表明：混合熔盐较好地渗入到EG的多孔骨架结构中,且整体分散较为均匀,未出现混合熔盐团聚的现象;由于EG的强化传热、异相成核作用和微孔内压力变化的综合作用,导致样品的熔点和凝固点均有所降低,其中凝固点温度降低较多;EG的加入显著提高了样品的热导率;10％EG的加入使复合材料中较易分解的KNO,的分解温度由380℃上升到430℃,扩大了相变材料的应用范围。     

多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料定型封装及热性能研究

以微米级SiC粉为原料,采用冷冻干燥工艺制备具有连贯层状孔结构的SiC陶瓷。以多孔SiC陶瓷为基体,石蜡为相变芯材,通过真空浸渍法制备多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料,研究了石蜡在层状多孔SiC陶瓷内的浸渗行为及复合材料的储热性能。结果表明,层片状多孔SiC陶瓷的显微形貌对石蜡的浸渗过程及储热性能有明显影响。当石蜡负载量为21.7%(质量分数)时,复合相变材料熔融温度为59.6 ℃,凝固温度为53.9 ℃,相变潜热为28.4 J/g,室温下的热导率为2.4 W·(m·K)^-1。复合相变材料吸热峰和放热峰强度随着石蜡负载量减少而降低,当温度为200 ℃时,多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料失重为5%(质量分数),表明材料具有良好的热稳定性。复合相变材料在100 ℃热处理30 min后陶瓷基体未发生形变,经100次热循环后具有稳定的相变潜热和良好的定型能力。     

复合相变蓄热材料研制及性能分析

制备了一种复合相变蓄热材料,该蓄热材料是由两种相变材料(硬脂酸和石蜡油)组成,通过物理吸附的方法将其复合在固态支撑材料中,通过实验分析了所研制的蓄热材料的相变点、相变热、热稳定性及微相结构等性能。测试结果表明该蓄热材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性。     

LiNO_3-NaNO_3-KNO_3三元熔盐材料的设计及热稳定性研究

采用共形离子溶液模型(conformalionic solution model, CIS)在二元熔盐体系相图的基础上,对三元熔盐体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3进行了相图计算,得到该三元体系最低共熔点为117.7℃,相应的摩尔分数组成分别为x(LiNO_3)=0.375,x(NaNO_3)=0.075,x(KNO_3)=0.550。按照热力学最低共熔点计算结果,采用熔融法制备了三元硝酸熔盐,通过DSC和TG实验测定其最低共熔点为118.3℃,这与计算得到的结果 (117.7℃)基本一致。TG测试结果表明当温度低于587.2℃时,该三元熔盐体系较为稳定,其工作温度范围为118.3～587.2℃,该三元硝酸熔盐适合在太阳能热发电中作为高温传热蓄热材料使用。     

硬脂酸/十八醇/乙酸钠复合相变材料蓄/放热性能

首次将无机相变材料乙酸钠和混合有机相变材料（硬脂酸和十八醇）复合，获得三元复合相变材料。有机和无机相变材料复合可有效解决无机相变材料在相变过程中存在相分离、过冷度大和有机相变材料热导率低的缺点。利用同心套管蓄/放热实验台测试了乙酸钠/硬脂酸/十八醇三元复合相变材料的蓄/放热性能，分析了流体流量及温度对相变材料蓄/放热过程的影响，并结合Fluent数值模拟和实验结果分析了相变过程中相界面的移动规律。研究结果表明，三元复合相变材料在蓄热过程中自然对流起主导作用，放热过程中导热起主导作用，蓄热所需时间小于放热所需时间。蓄热过程中，相变材料的上部相界面横向移动明显快于下部；放热过程中，相变材料的上、下部相界面均匀地径向移动。     

两类复合无机相变储热材料高温热稳定性和安全性研究

以适合工业储热的复合无机相变储热材料硝酸盐（KNO₃、NaNO₃）和碳酸盐（Li₂CO₃、K₂CO₃、Na₂CO₃和CaCO₃）为相变组分，研究了4种不同配比硝酸盐相变组分和6种不同配比碳酸盐相变组分的热性能（熔点、潜热）差异，分别优选出一种熔融盐相变组分配比。利用多孔载体吸附原理，制备出两种最佳配比的复合熔融盐类储热材料，分析了储热材料在不同介质气氛中（Ar和air）分解难易程度，TG-DSC-MS联用测试的高温热分解产物表明，复合硝酸盐类储热材料在中温（300℃）储热时，物理化学性能稳定，安全性较好，但在高温（500℃以上）时易分解成NO和NO₂，且air气氛中更易生成有毒气体；而复合碳酸盐类储热材料在air中比在Ar中更易生成CO而影响储热过程中的安全性。     

三水醋酸钠/甲酰胺复合相变材料的制备及性能

以甲酰胺(FA)为改性剂,采用熔融共混法对三水醋酸钠(SAT)进行改性得到新型SAT/FA复合相变材料(CPCM)。探讨FA质量分数(下同)对SAT/FA共混物(基体)相变焓及相变温度的影响。利用熔融-固化循环及步冷曲线, 系统探讨成核剂、增稠剂对复合材料相分离、过冷度及放热性能的影响。对新型SAT/FA CPCM的结构及性能进行XRD 、FTIR及DSC表征。结果显示:添加25%的FA于SAT中可形成SAT/FA低共融体;添加2% 十二水磷酸氢二钠成核剂和2%聚乙烯醇增稠剂形成的CPCM,过冷度低(2.67℃),放热时间长(10170 s),循环稳定性好, 相变焓高达233.9 kJ·kg^-1,相变温度40.88 ℃。可应用于相变蓄热地板辐射采暖。     

石蜡基复合相变材料的制备和稳定性研究

制备了能在室温下发生相变的石蜡基复合相变材料。采用熔点为50~52℃的固体石蜡和熔点约为5℃的两种液体石蜡为原料,按照一定的比例复配,通过熔融共混、自然冷却制备而成。研究了原料配比对相变温度的影响,并研究了相变材料的稳定性。结果表明:通过改变固液石蜡的质量配比,可获得不同相变温度的石蜡基复合相变材料。当两种液体石蜡、固体石蜡的质量比为1:4:5时,相变温度约为26℃,且随着液体石蜡的加入,复配石蜡的相变温度逐渐降低,相变材料室温下的扩散稳定性逐渐降低。当石蜡基复合相变材料通过硅藻土或碳酸钙吸附并用高密度聚乙烯作载体包裹处理后,复合相变材料的质量损失率明显降低,室温稳定性好。