石蜡基复合相变储能材料的研究进展

石蜡类有机物用做相变储能材料具有相变焓高、相变温度范围广、价格低等优点,但其较低的导热系数限制了吸／放能效率的提升。添加高导热物质合成复合相变材料,用以强化石蜡类有机相变材料传热能力是非常有前景的研究方向。评述了多种石蜡基复合相变材料的合成方法及热学性能,并展望了石蜡基复合相变材料的发展趋势。     

硬脂酸甘油酯/泡沫金属相变材料储热性能

利用真空熔融浸渍法制备单硬脂酸甘油酯(GMS)/泡沫金属复合相变材料,并利用纳米石墨片(GnPs)进行改性实验,研究改性后的性能;对复合相变材料进行导热率、SEM、XRD、DSC测试。结果表明,复合相变材料制备过程中无反应,有较好的相容性;有机物较好地吸附在泡沫金属骨架上,经GnPs改性后,在金属孔隙中形成纳米级的层状褶皱结构,提高了吸附性和热导率;复合相变材料的相变潜热随填充量的增大而增大,PPI大的泡沫金属对GMS吸附更好,但是热导率有所降低,GnPs改性后甘油酯的填充量和材料导热系数均有所提高。     

复合相变储能材料的选择

相变材料的选择主要依据是相变温度。根据实验要实现的致冷目标，依次选定相变温度，再据相变温度选择相变材料。通过加入适当比例的成核剂和增稠剂，以解决无机相变材料的主要问题：过冷现象和分层现象。     

波纹管对纳米复合相变材料蓄放热性能影响的试验研究

以纳米复合材料作为相变蓄热材料,加工制作了相变蓄热装置,并搭建了蓄热器热性能实验台,对传热元件分别为光管和波纹管的蓄热容器进行了相变蓄热实验,测量了相变材料的温度并通过数据采集仪进行数据采集,整理绘制了在不同条件下的温度时间曲线并进行了分析讨论。结果表明波纹管能够加快热媒体在波纹管中的流动,缩短蓄热所需时间,并且提高放热速率。     

乙二醇单硬脂酸酯-十六醇复合相变材料的热性能

以乙二醇单硬脂酸酯(EGMS)和十六醇(H)为原料,采用熔融共混法制备EGMS-H复合相变材料。利用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)对复合相变材料的结构和组成进行表征,并通过差示扫描量热法(DSC)、热导率测试仪及步冷曲线考察复合相变材料的热性能。结果表明:EGMS和H复合后形成简单机械混合物;当EGMS和H的质量比为1∶1时,形成低共熔混合物,低共熔点温度为41.6℃;体系复合相变时平均传热速率较纯十六醇下降了41.13%;EGMS-H复合相变材料导热系数最低为0.227 6 W/(m·K),相对于纯EGMS或H,具更长的保温时间。     

稀土氧化镝对己二酸相变储热材料的热性能影响研究

采用熔融混合的方法,以己二酸为相变材料,添加稀土材料氧化镝为改性剂,制备己二酸相变储热材料。利用FT-IR、DSC、SEM等研究所制备相变储热材料的结构及性能,并通过热循环实验研究其热性能变化规律。结果表明:添加氧化镝后,材料相变温度提高,当氧化镝质量掺量为0.5%时,相变温度为151.2℃,熔化焓值最高,达259.6J/g;经过1 000次循环后,掺有质量分数0.5%氧化镝相变材料的相变焓衰减了11.8%,而纯己二酸的相变焓则衰减了16.0%,添加氧化镝后己二酸相变材料的热性能显著增强。     

复合相变蓄热材料太阳能通风井性能

针对太阳能通风井道蓄热单元的技术需求,制备了复合相变蓄热材料,并将其应用于通风井壁,建立了基于复合相变蓄热材料的太阳能通风井测试系统,并测试了其运行性能。结果表明：添加5%碳纳米管制备的复合相变材料,其导热系数为0.65 W/m·K,是添加前的2.03倍,相变潜热为107 J/g,是添加前的0.718倍。应用上述材料的太阳能通风井测试系统在10：00-21：00时段通风量为55.0~103.9 m³/h,其中在17：00风速和风量达到最大,为良好的自然通风提供了保障。     

膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料的制备及性能研究

以石蜡作为相变蓄热材料的基本材料,利用膨胀石墨的高吸附性和高导热性提高相变材料的传热性能,制备出不同配比的中低温相变蓄热材料,利用DSC测试出各组复合相变蓄热材料的热物性参数.研究结果表明:膨胀石墨含量不宜过多,应该小于5％;添加的膨胀石墨对石蜡相变点和焓变的影响很小.     

膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料的制备及性能研究

以石蜡作为相变蓄热材料的基本材料,利用膨胀石墨的高吸附性和高导热性提高相变材料的传热性能,制备出不同配比的中低温相变蓄热材料,利用DSC测试出各组复合相变蓄热材料的热物性参数.研究结果表明:膨胀石墨含量不宜过多,应该小于5%;添加的膨胀石墨对石蜡相变点和焓变的影响很小.     

熔融共混法制备甘露醇/SiO2 复合相变材料与热物性研究

以甘露醇为母体,利用熔融共混法制备甘露醇/SiO_2复合相变材料。采用SEM、FT-IR、XRD、DSC和TDC等对复合相变材料的结构和热性能进行了表征。实验结果表明,甘露醇和支撑体二氧化硅之间仅存在氢键作用,没有其他化学作用;通过对质量比m(SiO_2)/m(mannitol)=2(S/M-2)复合材料循环测试实验表明,其具有良好的稳定性,S/M-2材料与甘露醇热扩散系数测试结果表明,在40?C固态时复合相变材料的热扩散系数提高了近8倍;在相变温度以上,200?C时热扩散系数也提高了20%。     

棕榈酸/石蜡复合相变储能材料

将石蜡(PW)与棕榈酸(PA)熔融超声共混,制备出了一系列PA/PW复合材料。采用瞬态热丝法(SHW,Short-Hot-Wire)测量PA/PW复合材料的导热系数,用差示扫描量热仪(DSC,Differential Scanning Calorimetric)分析复合材料的相变温度(T)和相变潜热(L),采用红外光谱仪(FTIR,Fourier Transform Infrared)对复合物的组成进行表征。复合材料的红外吸收光谱图表明,PW和PA只是简单的物理混合,未生成新物质。复合相变材料的导热系数大致随温度的升高而降低,而在30和50℃左右时由于固-固和固-液相变的作用,导热系数测量值出现了一定程度的升高。复合材料的Ts-s(固-固相变温度)都比PW的略高;与纯PW相比,除PA的质量分数w=35%之外,其他比例复合材料的Ts-l(固-液相变温度)都较纯PW的低;除w=35%的Ls-l(固-液相变潜热)比纯PW的低之外,其他比例复合材料的Ls-l都比纯PW的Ls-l高。     

基于复合相变材料的梯级相变辐射末端实验研究

用以营造室内适宜冷、热环境的暖通设备能耗在建筑能耗中占比巨大,提升建筑供能系统的能源利用效率日趋重要。本研究通过膨胀石墨吸附石蜡,并用相变微胶囊(MPCM)对其进行二次表观吸附,制成2种不同相变点的高导热高焓值的微复合相变材料（M-CPCM1,M-CPCM2）。采用扩散渗出圈法、扫描电子显微镜和差示扫描量热仪对材料进行测试,结果表明复合相变材料吸附率可达89.13%且无泄漏;同时复合相变材料具有很好的热稳定性。将这2种相变点在热舒适区间的M-CPCMs压制成相变蓄能砖,分别构建集成地板和顶板,内嵌冷、热媒盘管,形成可梯级蓄热的辐射蓄供冷、热末端。采用“热媒水先入地板后入顶板,冷媒水先入顶板后入地板”的双主动式梯级利用供能模式,在天津冬夏两季典型气温条件下,对梯级相变辐射末端进行热性能测试。结果表明,这种供能模式可以有效提高能源利用效率,节能效果显著。     

混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响

为了研究混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响,制备以碳纳米管和银(或氧化铝)纳米颗粒为二元混合填料的有机类复合相变材料.采用瞬态平面热源法导热仪对复合相变材料在室温下固态时的有效导热系数进行测试.研究中综合考虑填料总加载量、碳纳米管/纳米颗粒的配比以及基底相变材料对复合相变材料有效导热系数的影响.实验结果表明,碳纳米管和纳米颗粒填料之间是互相抑制的,混合纳米填料所导致的复合相变材料导热系数增长甚至低于仅添加单一碳纳米管或纳米颗粒时的效果.在本研究所关注的较低的总加载量下(最高体积分数为1.5%),尚不足以构建出能够实现混合填料协同效果的有效导热网络.纳米填料分布的微观表征图片证实,虽然混合填料各自的分布都较为均匀,但导热机理的差异和较高的界面热阻使得不同纳米填料之间无法体现出理想的协同效应,反而导致当单一纳米填料之间的导热通路被破坏时会呈现出反效果.     

碳纳米管填料对相变储能式热沉性能的影响

为了评估纳米复合相变材料在相变储能式热管理技术中的应用潜力,采用实验方法研究碳纳米管填料对相变储能式电子器件热沉瞬态性能的影响.选用十六醇为基底相变材料,以多壁碳纳米管为填料制备了不同质量分数（0.3%、1%和3%）的纳米复合相变材料,对复合相变材料的关键热物性进行表征.在短时较高热流密度（高达7.0 W/cm2）加热条件下,比较热沉（分为有翅片和无翅片2种结构）的瞬态性能随纳米复合相变材料中碳纳米管质量分数的变化规律.实验结果表明,在添加了碳纳米管填料之后热沉的性能较采用纯十六醇的工况有所削弱.虽然加入碳纳米管后纳米复合相变材料的导热系数有所提升,但黏度的急剧增加极大地削弱了熔化过程中的自然对流效应,从而抵消了导热强化所带来的性能提升.     

氮化铝基复合相变材料的制备及性能研究

利用氮化铝材料的高导热的特性,采用造孔剂法烧制出多孔氮化铝材料,再采用真空吸附法吸附正十八烷相变材料制备正十八烷/氮化铝复合相变材料.采用扩散-渗出圈法确定出烧制多孔氮化铝材料所需粉料的最佳配比,并对正十八烷/氮化铝复合相变材料进行了DSC、SEM、FT-IR、TG及导热系数测试.结果表明:粉料中氮化铝含量为50％,造...     

新型太阳能复合相变蓄能炕的性能研究

针对北方冬季燃煤供暖造成环境污染、能耗大等问题,结合太阳能供暖和相变材料的蓄热性能设计了一种膨胀珍珠岩-石蜡复合相变蓄能炕.太阳能供水温度分别取35℃、40℃和45℃时,通过与石蜡单一相变蓄能炕的炕面平均温度、热流密度、炕面升温速度、炕面降温速度和炕面温度不均度进行对比分析.结果表明:单一相变蓄能炕和复合相变蓄能炕的最...     

石蜡@碳酸钙相变微胶囊的自组装制备及其热物性

采用自组装法成功设计制备了石蜡 @CaCO₃ 相变微胶囊, 并研究了不同芯壁比对相变微胶囊性能的影响。 通过扫描电子显微镜发现所得的微胶囊呈明显的球状, 由 X 射线衍射曲线可以看出, 颗粒壳体的结晶型为方解石型 和球霰石型的一种混合性结晶型。其相变研究结果表明当芯壁比为 1 : 1 时, 微胶囊的包封率和相变潜热达到最大, 分别为 73.7% 和 102.8 J/g。此时制备得到的微胶囊的热导率相对于石蜡芯材可提高 414.8%。制备胶囊过程中, 不同 的芯壁比会影响微胶囊的结构形貌、包封率以及热学性能。综合测试结果表明: 当微胶囊的芯壁比为 1 : 1 时, 所得 微胶囊的性能最佳。     

低熔点石蜡微胶囊保温砂浆的热性能

以低熔点石蜡微胶囊为相变材料,制备石蜡微胶囊保温砂浆。测试了保温砂浆的热焓、相变温度、导热系数和相变蓄热性能。结果表明：石蜡微胶囊保温砂浆具有良好的蓄热、调温功能和较长的热循环寿命,砂浆体系的相变温度为33℃,相变潜热13.42J/g;随着偶联剂和粘结剂掺量的增加,保温砂浆的导热系数呈下降趋势;随着石蜡微胶囊掺量增加,保温砂浆的导热系数先减后增;与空白试件相比较,相变蓄热砂浆的升降温速率明显要滞后,呈现出较好的蓄热、调温性能。     

硬脂酸-月桂酸二元复合相变材料

以硬脂酸(SA)、月桂酸(LA)为原料,通过熔融共混法制备了二元脂肪酸相变材料。采用红外光谱(FTIR)、偏光显微镜(POM)、差示扫描量热仪(DSC)及温度记录仪分别表征了共混相变材料的结构、结晶形态、相变温度和焓值以及保温性能。FTIR表明共混相变材料中硬脂酸与月桂酸通过分子间作用力结合在一起;POM表明SA与LA在共混物中形成共晶结构,且随SA/LA质量配比的减小,结晶半径减小;DSC表明共混相变材料的结晶焓达到200J/g,随SA/LA质量配比的减小结晶温度先降低后升高,表现出低共熔物特征;步冷曲线表明,随SA/LA质量配比的减小,平台温度先降低后升高,且当SA/LA质量比为1/2时,温度平台为30.9℃,保温时间为25min,约为纯硬脂酸或月桂酸保温时间的2倍。