碳酸盐复合蓄热材料的制备及热物性研究

以二元碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3,BC,62:38,摩尔比)和三元碳酸盐(K_2CO_3-Li_2CO_3-Na_2CO_3,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。     

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。     

纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料的制备及其热性能

针对芒硝相变材料因过冷度大、相分层严重导致相变潜热存储循环寿命缩短的问题,以Na₂SO₄·10H₂ONa₂CO₃·10H₂O-NaCl相变材料体系为基体、改进的Hummers法结合冷冻干燥和球磨工艺改性制备的亲水性纳米氧化石墨烯（Nano-GO）为添加剂,制得纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料（GO-MCPCMs）。结果表明：氧化处理过的纳米氧化石墨烯中O/C比例增加了65.75%,结构缺陷水平由0.224增至1.088,无团聚现象;纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料的结晶相变温度增至约23℃、过冷度减小至0℃、相分层消除,该复合相变体系中Na₂SO₄结晶体全部结晶为晶粒长度尺寸近于2 cm的Na₂SO₄·10H₂O;500次固-液循环前后含氧化石墨烯质量分数为0.075%的GO-MCPCMs结晶潜热值分别为156.7 J/g和149.9 J/g,...     

Na2S2O3·5H2O复合材料的制备及循环稳定性能

为了解决Na₂S₂O₃·5H₂O存在的过冷度过大导致不结晶的问题,提高复合相变材料的循环稳定性并抑制相分离现象,以CaSO₄和1-萘酚（C₁₀H₈O）为成核剂;聚丙烯酸钠（PAAS）和羧甲基纤维素钠（CMC）为增稠剂进行改良,通过步冷曲线和差示扫描量热法（DSC）对复合相变材料进行了研究。实验结果表明：加入质量分数为1%和5%的CaSO₄、0.5%和3%的C₁₀H₈O对Na₂S₂O₃·5H₂O有较好的成核作用。萘酚体系在加入增稠剂后降温冷却时不出现结晶现象。对于CaSO₄体系,增稠剂PAAS效果优于CMC,Na₂S₂O₃·5H₂O+1%CaSO₄+2%PAAS复合材料相变温度47.7℃,相变潜热为200.4J/g;Na₂S₂O₃·5H₂O+5%CaSO₄+2%PAAS复合材料相变温度48.2℃,相变潜热为213.4J/g;经过100次高低温循环后,1%CaSO₄的复合材料相变温度47.6℃,相变潜热为192.4J/g,相较循环前相变潜热降低了3.99%。5%CaSO₄的复合材料相变温度47.8℃,相变潜热211.2J/g,相比循环前下降1.03%。5% CaSO₄体系较优于1% CaSO₄体系,循环前后潜热值、相变温度变化不大,循环稳定性良好。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

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。     

相变材料复合八水氢氧化钡的制备及热性能

纯八水氢氧化钡相变蓄热材料在使用过程中存在凝固过冷、相分离及体积变化等问题,因此需要对其进行相应的改性研究。本文根据相变蓄热材料成核机理,以八水氢氧化钡为相变蓄热材料基材,一水氢氧化钡及去离子水作为复合添加剂,制备了混合比例为95.1% Ba（OH）₂·8H₂O+2% Ba（OH）2·H₂O+2.9% H₂O的复合相变蓄热材料。对该复合相变蓄热材料进行了热性能测试,结果表明：复合相变蓄热材料的平均热导率为1.2W/（m·K）、相变潜热值为263.7kJ/kg;在复合相变蓄热材料融化过程中进行升温-压力实验,测试数据显示容器内部的相对压力不超过0.09MPa;利用恒温金属浴仪器对该复合相变蓄热材料进行300次融化/凝固循环实验,测试数据显示复合相变蓄热材料过冷度增加量0.7℃、相变潜热值降低0.796%。改性后的复合相变蓄热材料相变温度适宜、热性能稳定,可推广应用于中低温相变储热系统。     

强化三元混合熔盐的传热性能的实验研究

太阳能发电技术中传热性能的优劣影响着太阳能的利用程度。选用石墨作为强化相变材料传热性能的添加剂与三元混合熔盐（K₂CO₃-NaCl-Li₂CO₃）按照石墨质量分数为5%、10%、15%进行混合制备,使用TC3000通用型导热系数测试仪测定16种试样的导热系数。并测试经历300次循环储能、释能实验试样的导热系数循环稳定性。实验结果表明：添加石墨后的混合相变材料导热系数最高可提升至原混合材料的3.38倍,当石墨的质量分数为15%时,混合相变材料的导热系数最大。在经历300次储能、释能实验后,材料的导热系数基本保持稳定,变化浮动不高于15%。石墨作为强化材料的添加剂,可有效提升强化材料的传热性能,具有实际工程的应用价值。     

甘露醇水溶液低温储能相变材料的制备及热物性

研制了一种应用于-1~-3℃、具有高相变潜热值的有机无机复合相变材料。通过10次重复实验筛选出复合相变材料主基液（3%甘露醇水溶液,质量分数,余同）,在基液中添加成核剂硫酸钾（K₂SO₄）、乙酸钠（CH₃COONa）和六偏磷酸钠[（NaPO₃）₆]及增稠剂聚丙烯酸钠（PAAS）研究其对相变材料过冷度、相变平台和放冷速率的影响,并进行热循环实验。实验结果表明,3%甘露醇水溶液平均过冷度最小,相变潜热为319.5J/g;0.5% K₂SO₄、1% CH₃COONa和1%（NaPO₃）₆可以完全消除甘露醇水溶液的过冷度,（NaPO₃）₆对相变潜热影响最小,仅降低4.3%;PAAS质量分数从0增加至0.4%,材料相变平台延长了60%,从0.4%增加至1%,相变平台缩短了25%;通过50次和100次的循环实验,发现该复合相变材料热稳定性良好。     

LiNO3-NaNO3-KNO3三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LiNO₃-NaNO₃-KNO₃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(LiNO₃) = 0.375，x(NaNO₃) = 0.075，x(KNO₃) = 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。     

Research on high temperature thermal stability and safety of two types of composite inorganic phase change thermal storage materials

In this paper, nitrate (KNO₃, NaNO₃) and carbonate (Li₂CO₃, K₂CO₃, Na₂CO₃ and CaCO₃), which are composite inorganic phase change thermal storage materials suitable for industrial thermal storage, non-toxic and less corrosive, are used as phase change components, respectively. The thermal properties (melting point, latent heat) of 4 different ratios of nitrate phase change components and 6 different ratios of carbonate phase change components were studied, and a distribution ratio of molten salt phase change components was selected respectively. Using the principle of porous carrier adsorption, two types of composite molten salt thermal storage materials with the best ratio were prepared. The ease of decomposition of the thermal storage materials in different media atmospheres (Ar and air) was analyzed. TG-DSC-MS tested high temperature thermal decomposition products show that the composite nitrate thermal storage materials have stable physical and chemical properties and good safety when storing thermal at medium temperature (300℃), but they are easy to decompose NO and high temperature (500℃) or higher. NO₂ and air atmosphere are more likely to generate toxic gases, and composite carbonate thermal storage materials are more likely to generate CO in air than Ar, which affects the safety of the thermal storage process.     

水合盐基中低温热化学储热材料性能测试及数值研究

以水合盐K₂CO₃·1.5H₂O和膨胀石墨（EG）分别作为化学蓄热材料和多孔基质,研制了复合储热吸附剂K₂CO₃@EG。对该复合吸附剂和未掺杂膨胀石墨的纯水合盐就脱附储热、吸附性能、循环稳定性等方面进行了对比分析。结果表明,复合吸附剂所需的脱附温度降低,对吸附质的吸附动力学性能也有明显提升且可有效避免潮解现象。经过连续15次的脱附-水合循环实验后,纯盐和复合吸附剂的储热密度分别下降27.6%和10.9%。此外,对储热单元的数值研究结果初步验证了该蓄热体系的可行性。     

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl₂/SrCl₂/NH₃作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl₂和SrCl₂都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36 kJ·kg^-1;SrCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19 kJ·kg^-1。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。     

四元相变材料的制备及改性研究

为探究与制备更加适用于太阳能储能应用的四元相变材料,以Na₂HPO₄·12H₂O为主储热剂,Na₂SO₄·10H₂O,Na₂CO₃·10H₂O,Na₂S₂O₃·5H₂O与CH₃COONa·3H₂O为辅储热剂,在四种辅储热剂中任取三种与主储热剂按照设计的配比进行混合,制备四元相变储能材料,并选取纳米TiO₂,ZnO,Al₂O₃以及Na₂SiO₃和Na₂B₄O₇·10H₂O作为成核剂分别对其进行改性,通过步冷曲线、DSC、SEM、IR、XRD对样品进行数据分析。结果表明,Na₂HPO₄·12H₂O/Na₂CO₃·10H₂O/Na₂SO₄·10H₂O/Na₂S₂O₃·5H₂O为四元PCMs的最佳组合,其最佳配比(质量分数)分别为60%、10%、20%、10%(60/10/20/10)。在多种成核剂中掺加氧化锌的效果最好,当掺量10%(质量分数)时,四元PCMs的过冷度由3.0 ℃降低到0.2 ℃,相变焓由95.11 J/g升至472.39 J/g,相变温度区间从15.44~39.90 ℃改变至50.79~129.64 ℃,且无相分离。     

Na2HPO4?12H2O相变储能复合材料制备及热物性

十二水磷酸氢二钠的过冷度、相分离以及热导率低等问题影响了其在低温蓄热场合的应用,因此需要对其进行相关的改性研究。本文通过成核剂和增稠剂的筛选实验及添加导热增强剂纳米氧化铁（α-Fe₂O₃）,制备了质量分数为Na₂HPO₄·12H₂O+2% Na₄P₂O₇·10H₂O+1%黄原胶（GX）+0.2%α-Fe₂O₃复合相变储能材料,并对其进行了凝固放热测试、热物性测试及循环稳定性测试。结果表明：2%的Na₄P₂O₇·10H₂O抑制过冷效果最好,成核效果不随循环次数的增加而减小,过冷度维持在2℃左右;GX可以有效抑制Na₂HPO₄·12H₂O的相分离现象,且质量分数为0.75%～1.25%是较合适的剂量;α-Fe₂O₃可以有效地提高Na₂HPO₄·12H₂O的热导率,添加0.2%α-Fe₂O₃使热导率提高了90.8%;循环150次后,复合相变储能材料的相变潜热值为252J/g,相比于循环前衰减了7.4%,相变温度为35.4℃,过冷度为1.3℃,热导率为2.054W/(m·K),相比纯材料提高了100.2%。改性后的复合相变储能材料相变温度适宜,潜热值大,热导率高,热性能稳定,可推广应用到热泵蓄热、温室生产和电子器件散热等领域。     

新型六水氯化镁-六水硝酸镁/石墨相氮化碳复合相变材料的制备及其热性能研究

我国青海盐湖镁资源的利用率低,带来严重的资源浪费和环境污染,若将镁盐开发为相变储热材料,则可扩大其应用领域,从而促进镁盐资源的充分利用。针对中低温保温隔热的应用需求,在前期工作基础上,选用MgCl₂·6H₂O-Mg（NO₃）₂·6H₂O（MCH-MNH）质量比为41∶59的共晶盐作为相变材料,为降低其过冷度并提高隔热性能,选用多孔介质石墨相氮化碳（g-C₃N₄,CN）作为支撑材料,制备低热导率的MCH-MNH/CN复合相变材料。先将尿素在550℃高温下煅烧得到多孔的CN,再采用吸附法制备出MCH-MNH/CN复合相变材料,并对复合相变材料的形貌、结构与热性能进行了表征和测量。结果表明,共晶盐相变材料均匀地吸附在CN的微孔结构内,其与CN的复合是一个物理过程,没有发生化学反应;复合相变材料的相变温度为55.2℃,相变焓值为92.7 J/g,几乎没有过冷度,其热导率为0.3 W/（m·K）,仅是共晶盐MCH-MNH的一半,提高了隔热性能。此外,复合相变材料还具有良好的热稳定性,在中低温保温隔热领域具有应用前景。     

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。     

添加纳米MgO和SiO2颗粒对二元碳酸盐(Li2CO3-K2CO3)比热容的影响

熔盐作为一种新型传热工质,由于其液体使用范围宽,比热容相对较高,蓄热能力强,已被广泛应用于聚热太阳能电站的储热传热介质,而通过增强熔盐的比热容可以显著提高其储热密度。将纳米SiO₂和MgO颗粒分别均匀分散到二元共晶碳酸盐（Li₂CO₃-K₂CO₃）中,制备出两种稳定的纳米流体,采用差式扫描量热法（DSC）分析纳米颗粒对熔盐比热容的影响。实验结果显示,添加20 nm的纳米颗粒对碳酸盐的比热容有显著影响：通过添加纳米MgO和SiO₂颗粒,纳米熔盐比热容相比基盐分别平均提高了27.5%～34.1%,11%～20.7%。经过多个固-液循环后,测得两种纳米流体的比热容变化率均低于4.31%,且具有良好的热稳定性。采用电子扫描显微镜表征纳米流体的微观结构,纳米流体在固态时的SEM图像显示在熔盐表面形成了特殊的纳米结构。