相变储能建筑材料的研究进展

相变储能建筑材料是相变材料与建材基体复合制备的一种新型储能建筑材料。本文分析了相变材料的筛选和改进方法及其封装技术的研究现状,介绍了相变材料与建材基体复合工艺,系统阐述了相变储能建筑材料的作用机理和应用现状,并指出了相变储能建筑材料在实际应用中存在的一些问题,最后展望了相变储能建筑材料的发展前景。     

N掺杂多孔碳海绵定形芒硝基复合相变材料的制备及其热性能北大核心CSCD

芒硝相变储能材料作为一种潜热值高、来源广泛的无机水合盐,因存在相分层、过冷度等问题,限制了其在储能领域的广泛应用。本工作以N掺杂多孔碳为载体,将芒硝相变储能材料与N掺杂多孔碳复合,解决芒硝相变储能材料在实际应用中存在的问题。基于水热反应在聚氨酯泡沫上负载N原子,随后通过高温碳化得到N掺杂的多孔碳海绵(NPCS-M),并将其作为Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O/Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O共晶盐的载体,最终制备出N掺杂多孔碳海绵封装的芒硝基复合相变材料(NPCM)。结果表明:N掺杂多孔碳海绵为蜂窝状结构,N含量为4.3%,比表面积为42.52 m^(2)/g,该材料对共晶盐的吸附量达到了自重的120倍。同时研究了该材料在5~60℃温度范围内循环1000次、3000次和5000次后的固液相变性能,经5000次循环后,该复合相变材料的潜热仍在130 J/g以上,且有降低共晶盐多次循环后过冷度的作用。该N掺杂多孔碳海绵复合相变材料在储能领域具有广阔的应用前景。     

月桂酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性

为了获得适合在建筑领域应用的相变材料和相变温度,以月桂酸(LA)和十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备一系列二元酸-醇相变材料。采用步冷曲线法测定不同组分二元相变材料的结晶温度,通过绘制的相图确定二元体系低共晶点,LA-TD二元体系在23.1℃达到共晶点;采用红外光谱(FTIR)表征复合相变材料的结构,表明复合相变材料中LA与TD通过分子间作用力结合在一起;采用DSC差示扫描量热法测量LA-TD混合物的相变温度及相变潜热,低共晶物的相变起始温度为24.46℃,相变潜热达到150.45 J/g,经300次0~60℃冷热循环后热稳定性良好。     

膨胀石墨/多壁碳纳米管基共晶盐复合相变材料的制备及热特性北大核心CSCD

单一水合盐作为相变蓄热材料使用时常常由于过冷、相分离、易泄漏以及其相变温度而受到限制,因此迫切需要制备出一种储热密度高、相变温度适宜、热导率大的复合相变材料。本工作采用熔融共混法在NH_(4)Al(SO_(4))_(2)·12H_(2)O(AASD)中掺入不同质量分数的MgSO_(4)·7H_(2)O(MSH),成功制备了AASD-MSH共晶盐相变材料,其质量比为55∶45,相变温度为76.4℃,相变潜热为189.4 J/g。共晶盐的X射线衍射图谱和傅里叶红外光谱表明其为物理混合。引入质量分数1%成核剂CaCl_(2)·2H_(2)O及1%增稠剂可溶性淀粉降低共晶盐过冷度,过冷度从34.9℃降低至28.0℃。引入改性膨胀石墨(MEG)与多壁碳纳米管(MWCNTs)制备复合相变材料,改善共晶盐易泄漏及热导率低等问题,当MWCNTs质量分数为0.5%时,复合相变材料的热导率高达8.185 W/(m·K),为共晶盐的19.98倍,其中共晶盐占比为75.6%,相变温度为74.3℃,相变焓值为133.5 J/g,过冷度进一步降低至22.2℃。热重实验表明与MEG-MWCNTs的复合增加了共晶盐的热稳定性,且经过100次冷热循环后复合相变材料的相变焓值基本不变,具有良好的循环稳定性。本工作制备得到的AASD-MSH/MEG-MWCNTs复合相变材料是一种相变温度适合、相变焓值较高、热导率较大的相变材料,且具有良好的热循环稳定性,应用潜力极大。     

癸酸-棕榈酸二元复合相变材料的相变特性研究

通过熔融共混法制备一系列二元脂肪酸复合相变材料,并利用步冷曲线法确定癸酸-棕榈酸(CA-PA)二元复合相变材料的最佳质量配比为86∶14,其共晶温度为22.1℃。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、冷热加速循环实验和瞬态平面热源法(TPS)等研究CA-PA复合相变材料的结构与性能,发现CA-PA的FT-IR曲线上同时存在CA和PA的特征吸收峰,表明CA与PA是通过分子力作用在一起的。然后对CA-PA进行400次5~80℃冷热加速循环后,发现其相变温度变化不大于0.5℃,可见CA-PA热稳定性良好,且导热系数为0.151 W/(m·K)。同时,根据差示扫描量热仪(DSC)分析得到CA-PA的相变温度和相变潜热分别为21.78℃和154.7 J/g,这与通过步冷曲线得到的共晶温度十分符合,因此该CA-PA复合相变材料适用于建筑节能和热回收领域。     

硬脂酸-十八醇二元复合相变材料性能研究

以硬脂酸(S18)和十八醇(C18)为原料,通过熔融共混法制备二元复合相变材料(PCMs)。复合后的相变材料克服十八醇二次相变的缺点,获得合适的相变温度。采用步冷曲线法测定不同配比下二元相变材料的结晶温度,共晶混合物的相变温度为51.6℃。T-History法和差示扫描量热仪(DSC)测试结果表明,复合相变材料的相变热约为210 J/g。利用红外光谱(FT-IR)表征复配后材料结构,表明硬脂酸和十八醇是通过分子力结合。35～90℃冷热循环(800次)测试表明,复合材料未出现分层现象,相变热几乎无变化,相变温度变化区间不高于0.6℃,且400次热循环后相变温度不再变化,热稳定性能良好。     

十水硫酸钠相变储能材料研究进展

十水硫酸钠(sodium sulfate decahydrate,SSD)具有适宜的相变温度(2.4℃)、较高的相变潜热值(大于200 J/g)、价格低廉、来源广和安全无毒等优点,是一种广受关注的无机水合盐相变材料.然而,在应用过程中存在过冷度大、相分离严重及泄漏等问题.本文综述了近年来解决上述问题的研究进展、共晶盐相变材料的制备及相关应用,并对后续的研究方向做了如下展望:在降低过冷度方面,采用硼砂、制备共晶盐或添加外场扰动的方式来改善过冷;在抑制相分离方面,采用高导热的多孔材料吸附相变材料,利用真空浸渍法制备定型相变材料的方法来改善或消除相分离现象;在共晶盐材料方面,可以绘制二元相图,寻找新型共晶相变材料进行研究,尤其是目前结合较少的有机相变材料;在应用方面,注重结合十水硫酸钠相变储能装置和系统进行研究并拓宽其应用范围.     

二元有机复合相变材料相变过程热特性实验研究

二元有机复合相变材料因其无腐蚀性、过冷度低、价格低廉和可循环性的优点,在电子器件散热过程中极具发展潜力。通过差示扫描量热法(DSC)测得 4 种脂肪酸和 4 种脂肪醇相变温度与潜热,然后利用准共晶相变理论计算脂肪酸/醇二元有机复合相变材料共晶点,确定 4 种相变温度在 33～37 ℃ 范围内的复合体系,并通过 DSC 实验测量二元体系相变特性。实验结果表明,筛选出的二元有机复合相变材料相变温度分布在 33.08～36.63 ℃,与理论相变温度偏差在0.30%～4.61%;相变潜热分布在 138.5～215 kJ·kg^-1,与理论相变潜热偏差在 0.4%～27%;十二酸与十八醇复合相变材料具有最高的相变潜热(215 kJ·kg^-1),相变温度为 36.5 ℃。研究结果可为有机复合相变材料在电子器件热管理中的应用提供技术参考。     

月桂酸-肉豆蔻酸/膨胀石墨封装复合相变储能材料的制备及表征

以月桂酸-肉豆蔻酸(LA-MA)低共熔酸为芯材,膨胀石墨(EG)为担载材料,利用熔融吸附法制备LA-MA/EG复合相变材料。采用有机无机复合硅溶胶对其包封定形,得到LA-MA/EG封装复合相变材料用来改善相变过程中液态脂肪酸的渗漏问题,并通过SEM、FT-IR和DSC对该封装复合相变材料的结构和性能进行表征。结果表明:LA-MA/EG封装复合相变材料的潜热和相变温度为119.5 J/g和31.2℃;封装材料并未引起新生成物的出现,且可明显抑制脂肪酸的渗漏现象;加速热循环后的封装复合相变材料仍可保持良好的储能性质。     

石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备

选择KNO3/NaNO3二元体系按照质量比4∶6制备共晶盐,对共晶盐进行了熔点及熔化潜热的测量;将石墨泡沫这一新型材料作为强化基体,共晶盐作为相变材料（PCM）,采用熔融浸渗法制备了适用于太阳能热发电系统储能装置的石墨泡沫/共晶盐复合相变材料。采用扫描电镜对复合相变材料表面的微观结构进行了表征,并对其熔点、潜热、等效导热系数等热物性参数进行了测试。结果表明：共晶盐与石墨泡沫复合效果比较理想;复合前后共晶盐的熔点和潜热几乎没有发生变化;复合相变材料的等效导热系数得到了显著提升,石墨泡沫对相变材料起到了导热强化作用,满足高温蓄热的要求。     

Recent progress about expanded graphite matrix composite phase change material for energy storage

膨胀石墨基复合相变材料具有导热系数高,储能密度大以及相变过程无液体泄漏等优点,是近年来储能科学领域的研究热点.本文探讨了应用于储热系统的相变材料的性能及分类,并对膨胀石墨及其复合相变材料的制备方法进行了简要分析,最后综述了石蜡类,脂肪酸类,共晶混合物类,聚乙二醇以及乙酰胺等膨胀石墨基复合相变材料的国内外研究进展.     

剥离膨胀石墨/熔融盐材料的制备及其性能研究

采用水溶液法配以超声波剥离和分散手段,使用二元硝酸熔融盐Na NO3-KNO3和膨胀石墨(EG)制备出剥离膨胀石墨/熔融盐复合相变储能材料。通过扫描电镜(SEM)、能量色散谱仪(EDX)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、导热性能、差示扫描量热(DSC)等表征和测试手段,研究添加不同质量分率的EG对复合相变储能材料热物理性能的影响。结果表明:利用超声波处理使EG得以剥离成石墨片并均匀分散在二元硝酸熔盐中,制得的复合相变储能材料微观结构均一,导热性能大大改善,其导热系数高达4.884 W/(m·K),相变潜热随EG质量分数的增大而逐渐降低,但变化不大,相变峰值温度约224℃。该制备工艺简单,制备出的复合材料在中温储热领域具有良好的应用前景。     

泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程及其热量传递规律CSCD

石蜡作为相变储能材料具有储能密度大的优势,但其导热率较低。以石蜡作为相变储能材料、金属泡沫铁作为导热增强材料,通过对泡沫铁/石蜡复合相变储能材料的制备及其放热过程测试,探究了两种厚度金属泡沫铁对石蜡放热过程的强化作用和传热过程。结果表明,泡沫铁能缩短石蜡放热时间,提高放热效率。相比对照组,厚10 mm和15 mm的泡沫铁/石蜡复合相变储能材料相变时间分别缩短了1/3和1/4,相变放热密度分别减小了1.60%和3.26%,两者的相变放热速率是相应对照组的1.44和1.27倍。同时,还对15 mm泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程中,对流换热系数与相变时间和材料温度的关系分别进行了模拟,得到相应的理论公式,该公式所求得的模拟值与实际值较接近,可用于预测不同放热时间或材料温度下复合相变储能材料的换热能力。     

相变储能围护结构与太阳能关系

一太阳能利用与相变墙结合太阳能是地球上最主要的天然能源的源泉,也是人类最有希望开发利用的能。但太阳能的特点为人类有效地利用太阳能却带来了困难。由于太阳辐射具有分散性和间歇性的特点,增加了太阳能利用装置的费用,使得太阳能利用在经济上存在的问题,将相变墙如何与太阳能的利用结合起来,形成太阳能-相变墙一体化技术,可有效地解决这些问题,极大地促进节能技术的开展。1利用相变储能材料优越性将相变材料与建筑材料基体复合,可制成相变储能建筑材料。利用相变储能建筑材料构筑建     

六水硝酸镁-硝酸锂共晶盐/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能强化

采用熔融共混法在六水硝酸镁中掺入不同质量分数的硝酸锂成功制备了六水硝酸镁-硝酸锂共晶相变材料.六水硝酸镁-硝酸锂共晶盐的共晶点在质量比85:15附近.利用差示扫描量热仪得到了共晶相变材料的相变温度为72.46℃,相变潜热为193.7 kJ/kg,通过步冷曲线测得共晶盐的放热平台明显且过冷度小于1.5℃,X射线衍射测试表...     

脂肪酸相变储能板性能及控温效果模拟北大核心CSCD

以膨胀珍珠岩(EP)作为载体,选取CA-MA二元脂肪酸为相变芯材,通过熔融吸附法制备CA-MA/EP定形相变材料。为缓解固-液相变过程中脂肪酸的渗漏问题,采用白乳胶对CA-MA∶EP质量比为1∶1的定形相变材料进行包覆,将该定形相变材料掺入石膏基体中制备脂肪酸相变储能板,并对其进行了热导率、热物性及比热容的测试。结果表明,渗出稳定性评价证实了白乳胶包覆有效降低了脂肪酸从载体孔隙中渗出,CA-MA/EP定形相变材料的质量损失率由8%降低至4%,进一步强化了EP对于脂肪酸芯材的定形效果,有利于提高相变储能板使用过程中的长期储能稳定性和美观性。包覆后CA-MA/EP定形相变材料的相变温度和相变潜热分别为24.64℃和58.07 J/g。相变储能板的相变温度和相变潜热分别为24.62℃和29.10 J/g,其热导率随着定形相变材料掺量的增加而逐渐降低。利用Energy Plus软件对徐州夏季气候条件下基于相变围护结构的建筑室内温度波动进行模拟,证实了相变储能板具有隔热控温效果。     

赤藓糖醇基相变复合纤维制备及热性能CSCD

开发了相变温度为98.63℃的赤藓糖醇/硫脲共晶混合物,采用静电纺丝法制备赤藓糖醇、赤藓糖醇/硫脲和赤藓糖醇/木糖醇与聚乙烯醇的相变复合纤维,研究了石墨烯作为导热增强材料对复合材料形貌及热性能的影响。研究结果显示,复合材料各物质之间是物理结合,为表面光滑的圆柱状,直径为0.95~1.12μm,并随石墨烯含量的增加而减小。3种复合材料相变焓分别为241.6 J/g、191.4 J/g和192.7 J/g。10次热循环后复合纤维仍能保持良好的形貌,焓值损失率分别为1.2%、0.5%和0.5%;添加10%(质量分数)石墨烯后导热系数分别提高了258%、312%和260%。研究结果表明,赤藓糖醇及其共晶相变复合材料不仅具有很好的化学和形貌稳定性,还表现出优异的热性能,在120~80℃储能领域中有着巨大的应用前景。     

石蜡／蒙脱土纳米复合相变材料的制备及在墙体上的应用

利用未经改性的蒙脱土与石蜡类相变材料复合，制备具有搭接结构的纳米相变复合材料，将些复合材料加入到混凝土中可制得相变建筑材料，并且应用ANSYS软件分析了相变建筑材料的温度分布情况，相变建筑材料的加入，减少了室内的温度波动，提高了居住舒适性。     

硬脂酸/碳纳米管/聚甲基丙烯酸甲酯复合相变胶囊的制备与热性能研究

首先使用浸渍法制备硬脂酸/碳纳米管(SA/α-CNTs)复合相变材料,然后采用原位聚合法以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为壁材,以制得的SA/α-CNTs为芯材,制备硬脂酸/碳纳米管/聚甲基丙烯酸甲酯(SA/α-CNTs/PMMA)复合相变胶囊。通过SEM、TEM、FT-IR表征材料的微观结构与组成,通过DSC、TGA、步冷曲线分析材料的相变温度、相变焓、热稳定性能和导热性能。实验结果表明与纯硬脂酸相比,SA/α-CNT提高到207.95 J/g SA,相变时间由1000 s缩短到520 s,硬脂酸在SA/α-CNTs/PMMA相变微胶囊的完全热分解温度从280℃提升到310℃,说明PMMA的包覆和碳纳米管的复合可提升材料的热稳定性。     

Integration of solar air collector with phase change material wall for a heating system

可再生能源的高效利用是降低建筑能耗的有效方法。将相变储能墙与太阳能热风相结合,可改善太阳能热风采暖的不稳定性,从而提高太阳能的利用效率。通过试验和ANSYS模拟软件对复合系统的分析,确定相变储能墙体的储热特性和合理用量,研究复合采暖系统的室温变化和传热规律,分析相变储能墙对采暖系统的贡献率。结果表明：与未采暖房间相比,复合采暖系统可以使室内平均温度提高7~15℃,该复合采暖系统具有一定的应用前景;当太阳能空气集热器的送风口温度在37~77℃时,相变材料能够充分利用,相变墙整体的相变比例约为40%,从线性回归比例看,复合采暖效果要比太阳能热风采暖效果好。