冷链物流中二元有机相变储能材料的制备与热物性能

有机相变储能材料相变潜热高、化学性质稳定、无过冷度和相分离现象。通过对正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸及十四烷进行热力学分析并进行两两复配,得到正癸酸-月桂酸甲酯(摩尔比为30∶70)、正癸酸-正癸醇(摩尔比为36∶64)及月桂酸-十四烷(摩尔比为21∶79)三种二元有机复配物,其相变温度均在0～5℃且相变焓较高。利用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)凝胶对二元有机复配物分别吸附,得到一类适用于果品保质包装与物流技术的相变储能材料;并在凝胶制备过程中加入聚乙二醇1000 (PEG1000)致孔剂,可有效提高凝胶在二元有机复配物的溶胀度。结果表明,PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯相变储能材料的相变温度为3.2℃,相变潜热为188.10 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇相变储能材料的相变温度为1.2℃,相变潜热为177.74 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷相变储能材料的相变温度为4.2℃,相变潜热为206.17 J/g。     

高岭土基Al-Si合金复合相变蓄热材料的性能

以含Si量为12%的铝硅合金为相变材料、高岭土为基体复合制备相变蓄热材料,通过热分析(DSC-TG)、热循环、扫描电子显微镜(SEM)和导热分析(LFA),研究相变材料Al-Si合金的含量与复合相变材料的相变潜热及热稳定性之间关系。结果表明,在空气中,当Al-Si合金含量分别为50%、33%、25%、20%和17%时,经过5次、10次、15次、20次热循环后,复合相变材料的相变潜热逐渐减小,在15次热循环后相变潜热趋于稳定。此外,复合相变材料的微观形貌随热循环次数的增加趋于稳定,导热系数随加热温度的增加呈线性降低,且在600℃时,合金含量为25%和33%的复合相变材料的导热系数分别为6.51W/m·K和3.45w/m·K。综上所述,Al-Si合金含量为25%和33%的复合相变材料可在特殊行业得到良好的应用。     

太阳能中温利用相变材料MgCl_2·6H_2O的热循环耐久性研究

分别在密封和未密封条件下对六水合氯化镁(MgCl2·6H2O)进行600次加速热循环实验,研究其作为太阳能中温蓄热材料的可行性。采用差示扫描量热仪、X射线衍射仪和多路温度测试仪测试不同次数热循环后样品的相变温度、相变潜热、晶体结构和过冷度。结果表明,未密封状态下,200次热循环后,MgCl2·6H2O的相变潜热降低54.2%,并有新相MgCl2·4H2O产生;密封状态下,600次热循环后,MgCl2·6H2O的相变温度和峰值温度的变化分别在±1%和±4%内,相变潜热的变化在-15.2%~+1.5%内(300次热循环后变化异常);同时,MgCl2·6H2O凝固时几乎没有过冷现象,过冷度在0~2.2℃之间。密封状态下,MgCl2·6H2O在太阳能中温蓄热应用中是一种很有发展前景的材料。     

工业石蜡和脂肪酸二元混合物储热性能研究

以工业石蜡和脂肪酸二元混合物为研究对象,通过差示扫描量热仪研究其相变温度、相变潜热以及过冷度,旨在降低单纯脂肪酸作为相变材料的应用成本,并拓宽相变温度范围,增加相变潜热值。研究结果表明:相比于单一脂肪酸,石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物降低了相变温度且提高了相变潜热,适合围护结构储能。石蜡-肉豆蔻酸、石蜡-硬脂酸、石蜡-棕榈酸混合物的相变温度虽然在某些配合比条件下比单一脂肪酸的相变温度低,但仍在40℃以上,不适合应用在围护结构储能中,可用在余热回收用相变换热器等其他节能系统。石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物的过冷度较小,是围护结构储能的理想材料。     

Na_2SO_4·10H_2O/EG复合相变材料的制备与性能分析

以十水硫酸钠为相变材料,采用真空吸附法制备十水合硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料(Na_2SO_4·10H_2O/EG),对其融化-凝固、相分离、过冷、潜热等热物性进行测试分析。结果表明:在Na_2SO_4·10H_2O中添加2%(质量分数,下同)硼砂和8%EG后,可得到理想的Na_2SO_4·10H_2O/EG固-固复合相变材料。此时,Na_2SO_4·10H_2O相分离得到消除,过冷度由13.6℃降低到0.6℃以下,相变潜热和体储能密度分别为225.77kJ·kg~(-1)和218.09MJ·m~(-3)。此外,导热率也得到提高,相比于只添加成核剂硼砂的Na_2SO_4·10H_2O PCM,储热时间缩短52.6%,放热时间缩短55.1%,经过500次急剧升温-降温循环后也未出现性能衰减,储/放热性能较好。     

低温复合相变材料正辛酸-癸酸的制备及性能分析

将正辛酸(OA)与癸酸(CA)按比例混合制备二元复合相变材料OA-CA,用于相变温度2～8℃的医药冷藏运输系统中。首先通过理论计算预测了二元混合物的共晶点,确定它的共晶点比例、相变温度及潜热值,然后围绕共晶点比例配制6种不同比例的混合物。结果表明:OA-CA的过冷度为0.4℃、共晶点质量比为71∶29、相变温度为1.7℃、相变潜热为122.1J/g、热导率为0.3231W/(m·K)。对OA-CA低温复合相变材料进行100次循环蓄放冷实验,发现其相变温度、潜热值、热导率均未发生明显变化。     

无机盐/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

为了改善单一相变材料易泄露、潜热较低、稳定性差等问题,以三水合乙酸钠作为主要相变材料,十二水合磷酸氢二钠作为成核剂,聚丙烯酸钠作为增稠剂,膨胀石墨作为导热增强剂,通过熔融共混法制备了形状稳定的复合相变材料。通过步冷曲线法、DSC差示扫描量法、SEM扫描电镜及热循环实验对材料特性进行表征和测量。结果表明,膨胀石墨可以较好地吸附基底材料,起到导热桥架的作用,当膨胀石墨的含量逐渐增加时,复合相变材料的相变温度略微降低,过冷度有效减小,导热系数大幅提升,储热性能没有显著变化。综合分析,复合相变材料的最佳配比为n(SAT)∶n(DSP)∶n(PAAS)∶n(EG)=100%∶4%∶1%∶8%,其相变温度为57.1℃,相变潜热为219.2 kJ/kg,具有良好的热稳定性。     

冷冻产品用无机盐相变蓄冷材料的制备及性能研究

研制了一种适用于冷冻产品贮藏运输的高效低温无机盐相变蓄冷材料。将NH4Br、KCl、CaCl_2等无机盐与NH_4Cl复配,利用差式扫描量热仪(DSC)筛选了NH_4Br-NH_4Cl无机盐共混物作为主储能剂,通过添加不同成核剂改善过冷性能,添加不同浓度的黄源胶改善相分离。结果表明:以30%(wt,质量分数,下同)NH_4Br-NH_4Cl无机盐共混物作为主储能剂,1%SrCl_2作为成核剂,5%黄原胶作为增稠剂可获得相变温度为-18~-22℃、相变潜热为288.7J/g、过冷度小、无相分离的相变蓄冷材料。NH_4Br-NH_4Cl无机盐共混物作为主储能剂能够达到冷冻产品温度且对相变潜热影响较小,SrCl_2作为成核剂基本无过冷,黄原胶作为增稠剂解决相分离具有显著效果。     

基于跨季节储热的相变材料的制备及研究

制备了4组不同浓度的醋酸钠水溶液。将纯三水醋酸钠分别在70℃、75℃、80℃、85℃不同加热温度中熔化后进行冷却,来研究加热温度对过冷度的影响。4组样品在85℃水槽中熔化后分别在10℃和0℃低温槽中冷却,手动播种三水醋酸钠晶粒触发结晶放热,来研究醋酸钠水溶液的稳定过冷和放热性能;并通过DSC测试醋酸钠水溶液的相变温度和潜热值。结果发现,过冷度随着加热温度的升高而增大,加热温度超过80℃时,三水醋酸钠可以实现稳定过冷。醋酸钠水溶液的相变温度与潜热值随着浓度的降低而降低,且过冷液体随浓度的降低过冷状态越稳定。其中60%浓度的醋酸钠水溶液相变温度为58.4℃,潜热值最大,达到265.4kJ/kg,无相分离,适合作为跨季节储热的相变材料。     

水基纳米TiO_2复合相变材料的制备及性能

针对水作为冷藏保鲜领域常见的蓄冷剂存在相变时过冷度大、导热系数小的现象,研制了一种以水作为基液,添加纳米粒子及分散剂的复合相变材料,该材料配方质量比为水+0.7%纳米二氧化钛(TiO_2)+1.0%十二烷基苯磺酸钠(SDBS),相变温度为0.216℃,相变潜热为353.1 k J/kg。在水中加入纳米TiO_2使水在相变过程的过冷度降低了5~6℃,且导热系数较基液提高了62.7%,从0.598 8 W/(m·K)升至0.974 5 W/(m·K);同时添加分散剂SDBS,改善了水基纳米TiO_2的沉降问题,提高了材料的稳定性,防止相分离。结合理论与实验,总结分析了纳米TiO_2与分散剂SDBS不同质量比的水基纳米复合相变材料的热性能,确定纳米TiO_2与分散剂SDBS在水中的最佳质量添加比为7∶10。通过最优例材料静置后的颜色观察和导热系数测试,表明纳米TiO_2在水中具有良好的分散稳定性。     

相变窗传热特性实验研究

本文采用熔融共混法制备十四酸(MA)-十六醇(HD)二元有机复合相变材料,利用差示扫描量热仪(DSC)确定了复合相变材料的相变温度和相变潜热。相变温度为35.5℃,相变潜热为218.23 kJ/kg,经过300次热循环实验,结晶温度变化在0.2℃以内,热稳定性良好。利用高低温交变试验箱模拟夏季室外温度变化(变化范围18~58℃),测试了双层窗与相变窗内外表面温度随环境温度的变化特性。结果表明:相变窗外表面温度峰值较双层窗降低5.9℃,相变窗内表面温度峰值较普通双层窗降低0.6℃,温度持续稳定100 min,整个测试过程中相变窗控温效果明显。相变窗较双层窗具有良好的负荷转移能力。     

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。     

正癸酸-棕榈酸-硬脂酸三元脂肪酸复合相变材料的热性能

以癸酸(CA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)为原料,通过超声法制备了三元脂肪酸复合相变材料。由二元相图确定CA-PA的二元配比,由三元相图确定CA-PA-SA的三元配比,由DSC和FT-IR测试其化学性质和热性能。FTIR表明共混复合相变材料中3种脂肪酸是通过分子间作用力结合在一起;DSC表明共混复合相变材料的相变温度为25.59℃、相变焓176.98J·g-1,由二元和三元相图可以看出,相变温度都是先降低后升高,表现出低共熔物特征;通过500次热循环测试,作为相变材料脂肪酸三元低共熔物具有良好的热稳定性和化学稳定性。根据上面的结论得出CAPA-SA复合相变材料有合适的相变温度和相变潜热,适合做蓄热低温材料。     

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。     

四丁基溴化铵相变蓄冷材料热物性实验研究

通过实验对四丁基溴化铵(TBAB)溶液的蓄冷结晶过程进行了测试,结果表明TBAB溶液的凝固温度随其浓度的改变而改变,在25%~45%的浓度范围内,其凝固温度位于5.8~9.3℃范围内.选取相变温度适宜、相变过程稳定、浓度为40%的TBAB溶液,向其添加硼砂成核剂,测试其相变温度和相变潜热,测试结果表明质量浓度为2%的硼砂在不影响TBAB溶液凝固温度的情况下可以降低其结晶过冷度2.4℃.采用示差扫描量热仪(DSC)测试TBAB溶液的熔解潜热为187.030kJ/kg.因此TBAB溶液是一种高效的空调蓄冷材料.     

赤藓糖醇基复合相变材料的研究进展

相变储热材料通过其相变潜热实现能量的吸收、储存与释放,可以合理有效地利用现有能源、优化使用可再生资源和提高能源利用率.赤藓糖醇的相变温度约118℃,潜热约314 J/g,储能密度大、无腐蚀性,在中温储能领域有广阔的应用前景,现已被广泛应用于太阳能蓄热、工业余废热回收、清洁供暖等领域.然而,赤藓糖醇过冷严重、导热性能相对较差,使得热能无法及时地释放,造成热能利用效率不高,极大地限制了其在储能领域的应用.复合材料制备技术的发展为改善赤藓糖醇的过冷与导热性能提供了一种新的方法,在保留赤藓糖醇优异性能的同时,弥补了它的高过冷和低导热等缺陷.目前,制备赤藓糖醇复合相变材料已成为改善赤藓糖醇性能的主要方法,并取得了显著的成果.引入成核剂可以降低体系的形核势垒,促进成核,从而抑制过冷.纳米金属及其氧化物、膨胀石墨、石墨泡沫等材料的合理引入明显降低了赤藓糖醇的过冷度,最高可降低93％.将赤藓糖醇长时间控制在过冷的亚稳态,是利用其高过冷特性进行跨季节储能应用的关键,但该技术仍处于研究阶段.通过添加高导热材料来增加赤藓糖醇的当量热导率和增大相变蓄热器换热面积是赤藓糖醇热强化的主要措施,当量热导率可高达30 W/(m·K),且热利用率显著提高.相平衡理论为调节赤藓糖醇的相变温度提供了思路,选择合适的有机相变材料可以制备出相变温度在70～120℃范围内可调、潜热大于200 J/g的共晶相变材料.本文简述了赤藓糖醇基复合相变材料的常用制备技术,分别对改善赤藓糖醇过冷性能和导热性能的手段以及如何利用赤藓糖醇的高过冷进行综述,归纳了调控赤藓糖醇相变温度的方法,分析了赤藓糖醇基复合相变材料在实际应用中的优势.     

硬脂酸/改性硅藻土复合相变储能材料的制备及性能研究

以硬脂酸为相变储能材料,改性硅藻土为载体,无水乙醇为溶剂,采用溶液插层法制备了硬脂酸/改性硅藻土复合相变储能材料.利用综合热分析仪(TG-DSC)测定了复合材料的相变温度、相变潜热及复合材料的热稳定性,通过FT-IR对复合材料的兼容性进行了表征.结果表明,复合相变储能材料中硬脂酸的适宜含量为65%(质量分数),相变温度为61.6℃,相变潜热为142.87J/g,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性.     

石蜡/改性硅藻土复合相变储能材料的制备及性能研究

以石蜡为相变储能材料,改性硅藻土为载体,无水乙醇为溶剂采用溶液插层法制备了石蜡/改性硅藻土复合相变储能材料,利用综合热分析仪(TG-DSC)测定了复合材料的相变温度、相变潜热及复合材料的热稳定性,通过扫描电镜(SEM)、FT-IR分别对复合材料的微观结构及兼容性进行了表征,结果表明:复合相变储能材料中石蜡的适宜含量为65%,此时相变温度为53.7℃,相变潜热为147.93J/g,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

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。     

无机水合盐相变储能材料研究进展

无机水合盐相变储能材料(PCMs)具有化学性质稳定、工作温度恒定、相变温度适中、相变潜热及导热系数大、潜热值高、成本低等优点，在实际的生产生活中具有广阔的使用前景和发展空间。然而，过冷、相分离、导热系数问题、循环稳定性差等问题限制了此材料的实际应用。主要介绍了无机水合盐相变储能材料最新的研究进展和成果、分类以及解决过冷度和相分离等问题的改性方法，最后，指出了目前水合盐相变储能材料存在的不足并对未来的重点研究方向做出了展望。