Reliable phase-change polyurethane crosslinked by dynamic ionic-bond crosslinking for thermal energy storage

The fabrication of phase-change materials (PCMs) for thermal energy storage is of great significance, since they combine the sustainable development of energy and human comfortable. Herein, a dynamically crosslinked PCM was successfully fabricated by the blending of complementary polyurethanes bearing carboxylic acid and tertiary amine through reversible ionic bonds via the acid–base reaction. The resultant PCM exhibited good crystalline property, which was confirmed by wide-angle X-ray diffraction and polarizing optical microscopy. Differential scanning calorimetry characterizations suggested that the prepared PCMs could reversibly store and release latent heat during heating and cooling process. The presence of physical crosslinks in PCM could maintain shape stable and had no deteriorate effect on the value of latent heat. Therefore, a high latent heat of 70 J/g was obtained within the temperature range of 13.2–45.4 °C. This good thermal storage ability remained constant even after 100 consecutive heating/cooling cycles. Thermogravimetric analysis results provided distinct evidence that the prepared PCM has an outstanding thermal stability with the onset decomposition temperature higher than 250 °C. The combined thermal storage ability and thermal reliability endow the PCM promising application as solar energy storage, waste heat utilization, and thermal protection coatings or adhesives. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 48213.     

Novel phase change materials based on fatty acid eutectics and triallyl isocyanurate composites for thermal energy storage

In this study, a series of dimension‐stabilized fatty acid eutectics and triallyl isocyanurate (TAIC) composite phase change materials were prepared via in situ reaction by blending the fatty acids and TAIC, in which the fatty acids were introduced as a phase change material (PCM), and TAIC performed as a supporting material by self‐crosslinking. Fourier transform infrared spectroscopy, X‐ray diffraction, differential scanning calorimetry, scanning electron microscopy (SEM), and thermogravimetric analysis were applied to investigate the chemical structure, crystalline properties, phase transition behavior, microstructure, and thermal stability of the composites. The results indicated that the composite possessed excellent thermal reliability and heat storage durability even after 300 heating–cooling cycles. Moreover, the composites had applicable phase transition temperatures in the range of 26–40 °C and satisfying latent heat storage capacities of higher than 110 J/g. The SEM images showed that the particle size of the nanoparticles of the composites was about 200 nm after treatment. The dimensional measurement of the composites proved a high service temperature of 100 °C, indicating that the composites were promising for thermal energy storage materials. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2017 , 134, 44866.     

膨胀石墨基相变储能材料的研究

利用膨胀石墨孔隙结构的吸附性能,制备了石蜡/膨胀石墨、聚乙二醇/膨胀石墨、十四醇/膨胀石墨相变储能复合材料,用差示扫描热量法研究了材料的热性能.结果表明,复合材料的相变潜热随着石蜡、聚乙二醇、十四醇含量的增加而增加.复合材料的导热性能随着石蜡、聚乙二醇、十四醇含量的增加而小.膨胀石墨的多孔结构对石蜡、聚乙二醇、十四醇有很好的吸附性能,石蜡、聚乙二醇、十四醇在固一液相变时,未见有液态石蜡、聚乙二醇、十四醇的渗出.     

聚双甲基丙烯酸聚乙二醇酯固-固相变储能材料的制备

制备了以聚甲基丙烯酸为骨架、聚乙二醇(PEG)为工作物质的新型高分子固-固相变储能材料。对PEG和几种不同的相变材料分别进行DSC测试,对PEG分子量为4000的相变材料进行非等温DSC测试。结果表明,与纯PEG相比,相变材料的相转变温度降低12.3℃,相变焓降低45 J/g。随着聚乙二醇分子量由2000依次增加为4000,6000,10000,相变材料的相转变温度分别为44.8,52.9,63.8和74.3℃,相变焓分别为142.9,203.2,190.1,231.4 J/g,均有增加的趋势。随着升温速率增加,PEG分子量为4000的PCM的相变温度依次升高,分别为47.4,50.0和53.1℃。     

硫酸铝铵相变蓄热材料实验研究

通过对硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的实验研究,寻找减小其过冷度,改善其储热性能的方法。按照溶液配制法,在熔融的硫酸铝铵中依次加入适量的有效添加剂及去离子水,记录蓄热体系放热时的温度变化,反复调节添加剂的质量比,达到最佳配置。结果表明,硫酸铝铵中添加质量分数为1.8%的氟化钙、0.4%的碳、6%的去离子水能够较好地抑制过冷,保证放热速率。重复性实验验证,该材料是低温范围内具有较高相变温度、相变潜热大、放热性能稳定、重复性良好的蓄热材料,可以应用于电蓄热、回收城市废热等领域。     

PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强相变材料的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）改性的二氧化硅(SiO2)为支撑材料,以氧化壁碳纳米管(O-CNTs)为导热增强材料,采用溶胶-凝胶法成功制备了PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强型复合相变材料。通过FTIR、XRD、SEM、DSC等对材料的结构和热性能进行了表征。当PEG含量为82.0%时,复合相变材料仍然具有良好定型效果,熔化焓和结晶焓达到134.2 J/g、126.6 J/g,而且材料具有很好的储热稳定性,300次热循环后,其储热焓值仅下降3.3%。相比于纯PEG,添加了0.6%的O-CNTs的复合相变材料的导热增强率为28.1%, 达到0.41W/(m?K)。红外热成像结果表明,复合相变材料的储能效率明显提高。     

聚丙烯蜡乳液离子交联定型相变储能材料的制备

对聚丙烯蜡(PPW)相变材料进行羧基化改性,通过自乳化、离子交联分别得到了PPW乳液、PPW多孔定型相变材料(PPW-P),将PPW-P与定量石蜡(PA)在80?℃条件下浸渍吸附20?min,得到复合定型相变材料(PPW-P@PA).采用扫描电子显微镜、凝胶渗透色谱仪、差示扫描量热仪、热失重分析仪、激光导热仪等研究了P...     

聚乙二醇相变储能材料研究进展

聚乙二醇相变材料是一类相变焓较高、热滞后效应低的储能材料。本文综述了聚乙二醇相变储能材料的研究进展,重点论述了其制备方法、应用及展望。     

聚氨酯型固-固相变储能材料的合成与性能表征

采用两步溶液聚合法以DMF为溶剂，PEG、MDI、BDO为原料合成了一种聚氨酯型高分子固-固相变储能材料，运用傅立叶红外光谱（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（POM）对该种材料进行结构分析和性能表征，对其相变行为和相变机理进行初步探讨。结果表明，所合成的PUPCM相变焓较大，热性能稳定。相变过程中不出现液体，是一种具有较大使用价值和发展前途的高分子固-固相变储能材料。     

Poly(polyethylene glycol methyl ether methacrylate) as novel solid-solid phase change material for thermal energy storage

Poly(polyethylene glycol methyl ether methacrylate) as novel solid–solid phase change materials (PCMs) for thermal energy storage was prepared via the facile bulk polymerization of polyethylene glycol methyl ether methacrylate and was characterized by Fourier transform infrared, ¹³C-NMR, X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, and thermogravimetric analysis measurements. Based on the results, it is indicated that the poly (polyethylene glycol methyl ether methacrylate) as novel PCM showed solid–solid properties with suitable transition temperature, high transition enthalpy, and good thermal stability, which was apt to crystallize due to the flexibility of long polyether side chain. This novel PCMs have advantages for the potential application in energy storage. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2012     

BTCA改性PEG/PVA相变储能纤维的结构与性能

将聚乙二醇(PEG)与聚乙烯醇(PVA)溶液混合,加入丁烷四羧酸(BTCA)作为交联剂配制纺丝原液,采用干法纺丝制得BTCA改性PEG/PVA相变储能纤维;研究了BTCA含量、热处理条件对交联程度的影响,并对纤维的结构、形态、储能性能及力学性能进行了分析。结果表明:在热处理温度为180℃,热处理时间为12 min时,纤维可达到良好的交联效果,纤维的交联程度随BTCA含量的增加呈上升趋势,BTCA质量分数为3%时达到平衡;改性纤维中PEG以独立微相区形式存在,而经热处理后可保留在交联网络中;热处理后的改性纤维力学性能随BTCA含量增加而提高,储能性能也增加且稳定;当BTCA质量分数为6%时,热处理后的纤维断裂强度达3.49 cN/dtex,再经沸水处理后纤维相变焓值可达23.01 J/g,PEG保留率达80%。     

聚乙二醇/SiO2定形相变材料在沥青中的相变储热性能

利用多孔二氧化硅的良好吸附性,将不同计量的聚乙二醇在硅溶胶胶凝过程中吸附于硅凝胶的孔隙结构中制备聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料（PEG/SiO₂ SSPCM）;并将其与熔融沥青共混获得不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料（Asphalt-SSPCM）。借助孔径分析仪和扫描电镜（SEM）表征了载体二氧化硅孔结构和PEG/SiO₂ SSPCM的表观形貌;通过X射线衍射仪（XRD）、综合热分析仪（DSC/TG）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）考察了沥青中PEG/SiO₂ SSPCM的晶体结构、储热性能、热稳定性及化学兼容性;通过本文作者课题组研发的温度模拟试验箱测试了Asphalt-SSPCM的降温效果。结果表明,二氧化硅凝胶具有丰富的孔结构并能将聚乙二醇吸附于其介孔结构中;沥青中PEG/SiO₂ SSPCM仍含有聚乙二醇晶体,其储热能力随聚乙二醇含量的增加而增大,当聚乙二醇含量为76.1%时,相变焓高达117.5J/g,且不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料均表现出良好的热稳定性;PEG/SiO₂ SSPCM与沥青的化学兼容性良好,二者之间仅是物理作用;Asphalt-SSPCM的降温效果显著,可有效改善沥青路面的高温性能;并基于相变理论,分析了沥青-定形相变材料的相变储热原理。     

固-固相变储热材料的研究进展

与固-液相变材料相比,固-固相变材料（SS-PCMs）受到的关注较少;鉴于SS-PCMs具有储能密度高、无毒且腐蚀性小、相变时无液体产生且体积变化较小、不易发生相分离以及过冷度小等优点,因而是一类具有发展潜力的相变材料。本文基于SS-PCMs的研究现状,对近年来几类重要SS-PCMs如多元醇SS-PCMs、高分子类SS-PCMs及无机盐类SS-PCMs的研究进展进行了综述。简要阐述了SS-PCMs的分类以及各类SS-PCMs的性能、相变储热机制和优缺点。同时介绍了选择固-固相变材料应用时的基本原则,并针对相变材料热导率低,过冷度大、稳定性差等问题的改性研究进行了综述,还简要综述了SS-PCMs的应用研究。最后指出,未来的研究应着眼于解决已合成SS-PCMs的缺陷,开发多功能的SS-PCMs,并在SS-PCMs的实际应用方面实现突破。     

聚乙二醇/涤纶接枝共聚固-固相转变贮热材料

为了制备热稳定性好、蓄热性能优异的固-固相转变材料(PCM),研究采用化学法合成了聚乙二醇(PEG)/涤纶(PET)PCM。实验结果表明,PEG/PET PCM的热力学性能与PEG的分子量、PEG/PET质量配比以及不同交联体系有关。化学接枝法合成的PEG/PET PCM,最大相变焓可达112.02 J/g,热稳定性提高,热滞后性减小,PEG/PET PCM在众多领域具有广泛应用。     

癸酸-十六醇作为相变储能材料的相变特性

以癸酸（CA）和十六醇（H）为原料,通过熔融共混法制备了二元脂肪酸醇复合相变材料,并利用步冷曲线法确定癸酸-十六醇（CA-H）二元复合相变材料的最佳质量配比为74∶26,共晶温度为24.5℃,过冷度为0.2℃。采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、蓄放热实验和冷热加速循环实验等研究了CA-H复合相变材料的结构与性能,发现CA-H的FTIR曲线上同时存在CA和H的特征吸收峰,CA-H的XRD图谱上存在CA和H的衍射峰,说明CA与H是通过分子力作用在一起,没有发生化学反应。然后对CA-H进行500次5～80℃冷热加速循环实验,发现其相变温度和相变潜热变化较小,可见CA-H的热循环稳定性良好,且蓄放热性能较好。同时,根据差示扫描量热仪（DSC）分析得到CA-H的相变温度为24.22℃,相变潜热为190.5J/g,这与通过步冷曲线测得的共晶温度吻合。因此,该CA-H复合相变材料适用于建筑节能、空调冷凝热回收及低温太阳能热储存等领域。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠（SAT）为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素（CMC）和十二水磷酸氢二钠（DHPD）作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明：添加0.5% CMC和2% DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 kJ·kg^-1,相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 kW,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

中温相变蓄热材料研究进展

对中温相变蓄热材料(PCM)的定义范畴、应用领域、国内外发展现状进行了评述。中温PCM主要针对90~550℃的热动力环境,在太阳能热发电、有机朗肯循环、移动蓄热技术、分布式能源系统等方面有广阔的应用前景。指出进一步的研究方向是拓展中温PCM的应用场合,规范长期稳定性的表征与测试手段,重视与换热器开发以及应用领域的整合,并提出硝酸盐熔融盐混和物将是今后一段时期内中温PCM研发和培育的重点产品对象。     

Low-temperature thermal energy storage with polymer-derived ceramic aerogels

Thermal energy storage (TES) with phase change materials (PCMs) presents some advantages when shape-stabilization is performed with ceramic aerogels. These low-density and ultra-porous materials guarantee high energy density and can be easily regenerated through simple pyrolysis while accounting for moderate mechanical properties. However, the small pore size that typically characterizes these sorbents can hinder the crystallization of PCMs, slightly reducing the energy density of the stabilized compound. In this work, we present the use of polymer-derived mesoporous SiC and SiOC aerogels for the stabilization of polyethylene glycol and a fatty alcohol (PureTemp 23), having a melting temperature of 17 and 23°C, respectively. Their TES performances point out maximum thermal efficiency values of around 80%. These performances are discussed accounting for the results of thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, and leaking tests.     

一种纤维用新型聚乙二醇固-固相变储能材料

根据固-固相变材料的性质与结构特点,通过分子设计合成出了一种新型的芳香族四羟基化合物——4,4'-二苯基甲烷二异氰酸甘油酯(MTE),同时以4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)-MTE为硬段,以聚乙二醇为相变单元和软段,通过原位聚合法制备出了一种聚乙二醇固-固相变储能材料(P-PCM)。利用红外光谱、核磁共振光谱、差示扫描量热法、动态热机械分析法研究了P-PCM的结构、相变行为及热稳定性,表明了P-PCM是一种新型的性能优异的相变材料。由于材料的刚性、可熔融和可溶解性,适合于纤维与织物的加工使用。     

复合纺丝法制备PEG/PVA相变储能初生纤维

采用不同相对分子质量的聚乙二醇(PEG)与聚乙烯醇(PVA)进行湿法复合纺丝制备PEG/PVA相变储能初生纤维,对PEG与PVA溶液的相容性、PEG的凝固性能、PEG/PVA纤维的相变潜热及纤维形貌进行了研究。结果表明:PEG 2000与PVA复合纺丝得到的相变储能初生纤维具有较高的相变潜热,PEG 2000与PVA的质量比小于3:10时,PEG 2000在纺丝过程中流失量较小,纤维截面随着PEG 2000含量的增加而由肾形向圆形变化。