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.     

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。     

CH3COONa·3H2O相变蓄热性能研究

以三水醋酸钠（CH3COONa·3H2O）为蓄热基质,通过大量实验,遴选合适的抗沉淀剂和成核剂,配成相变温度约55℃、过冷度小于2℃的蓄热材料。对该材料的蓄热性能进行研究表明,该材料相变热可达238J／g,导热系数为1．072W／m·K（30℃时）,可用于空调冷凝热回收系统。     

膨胀石墨基相变储能材料的制备及性能研究

以膨胀石墨作为主导热材料,石蜡作为相变储热材料,通过真空浸渍法制备了膨胀石墨-石蜡复合相变储能材料,研究了石蜡质量分数对复合相变储能材料微观形貌、物相结构及热性能的影响。结果表明,膨胀石墨和石蜡反应后生成的复合相变储能材料主要依靠物理吸附结合,石蜡均匀覆盖在膨胀石墨的表面以及孔隙中,当石蜡质量分数为91%时,复合相变储能材料的密封性和结构致密性最佳,几乎不发生泄露。随着石蜡质量分数的增加,复合相变储能材料的熔点逐渐增大,热分解温度逐渐提高,石蜡质量分数91%的复合相变储能材料相比石蜡质量分数85%的相变材料热分解温度提高了约15℃。随着石蜡质量分数的增大,复合相变储能材料的导热系数和热扩散系数持续降低,密度先降低后增加,比热持续增大。当石蜡质量分数为94%时,复合相变储能材料的导热系数和热扩散系数均为最低值,分别为2.492 W/(m·K)和0.605 mm²/s;当石蜡质量分数为91%时,复合相变储能材料的密度为最小值0.794 g/cm³,对应比热为5.462 J/(g·K)。分析可得,石蜡质量分数为91%的复合相变储能材料的综合性能最佳...     

八水合氢氧化钡复合相变材料的制备及热力学性能研究

采用两步法制备了八水合氢氧化钡/碳酸钡/纳米铁复合相变蓄热体系。八水合氢氧化钡是一种质量储热密度较大的低温相变材料,其熔点温度为78℃,相变潜热为264kJ/kg,但其在相变过程中存在过冷且导热性能差的问题。通过在八水合氢氧化钡中添加碳酸钡为成核剂,纳米铁粉作为添加剂改善其热力学性能。实验结果表明,复合蓄热体系添加质量分数为1.0%的碳酸钡和0.2%的纳米铁时效果最优。通过DSC测试以及导热系数测量,其相变潜热为276.4J/g,导热系数为1.368 W/(m·K),比八水合氢氧化钡溶液上升11.7%。添加BaCO3后,过冷问题得到有效解决,也没有出现化学降解问题。     

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。     

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。     

相变储能材料的制备与研究

选择了几种脂肪酸,依据二元低共熔原理,制备出适合建筑材料使用的二元有机相变储能材料。通过DSC分析了复合储能材料的相变温度、相变焓等热性能,结果表明:当CA∶LA;CA∶MA;CA∶PA的质量比分别为53.45∶46.55∶60.2∶39.8∶61.6∶38.4时,其相变焓和相变温度分别为CA-LA:120.7J/g;20.82℃,CA-MA:120.3J/g;19.15℃,CA-PA:142.9J/g;22.05℃,适合于民用建筑对相变材料的要求。通过SEM分析检测了珍珠岩吸附相变材料后的表面微观变化,结果表明:有机羧酸均匀吸附在多孔基体中,此种材料可以应用于夹心节能建筑围护结构中。     

石蜡/SiO_2储能相变材料的制备与热性能研究

以工业石蜡为相变芯材,在硅烷偶联剂参与下,通过溶胶-凝胶法制备石蜡/SiO2储能相变材料。并利用透射电子显微镜,热重分析,傅里叶红外光谱仪和方差扫描量热法等测试技术对石蜡/SiO2储能相变材料的结构和性能进行了测试和分析,最后利用瞬态热线法对石蜡/SiO2储能相变材料的导热系数进行了测试。结果表明,石蜡/SiO2储能相变材料的相变芯材石蜡在吸热熔化后不会渗漏;石蜡/SiO2储能相变材料中石蜡的含量约为39%时,相变温度和相变潜热分别为39.15℃和59.33J/g;石蜡/SiO2储能相变材料的导热系数为0.0845 W/(m·K),可作为一种良好的保温隔热建筑材料。     

CH3COONa·3H2O相变蓄热性能研究

以三水醋酸钠(CH3COONa·3H2O)为蓄热基质,通过大量实验,遴选合适的抗沉淀剂和成核剂.配成相变温度约55"(2、过冷度小于2℃的蓄热材料.对该材料的蓄热性能进行研究表明,该材料相变热可达238J/g,导热系数为1.072W/m·K(30℃时),可用于空调冷凝热回收系统.     

冷冻型复合相变蓄冷材料的制备与性能评价

提出自行研制的一种低温(-25～-23℃)复合相变材料。该材料由氯化钠作为主储能剂,碳酸钾与氯化钾作为降温剂,并且筛选合适的成核剂及防相分离剂进行复合。样品的热物理性能(相变温度、相变潜热等)和热循环性能通过差示扫描量热仪(DSC)来表征;过冷度和热循环稳定性通过温度记录仪表征。结果表明:制备的两种蓄冷剂的相变温度为-25～-23℃,相变潜热200J/g以上,过冷度较小且循环100次后不会出现相分离现象。     

三元乙丙橡胶基吸油树脂型相变储能材料的相变过程

分别以聚乙二醇(PEG)、石蜡为相变物质,三元乙丙橡胶(EPDM)基吸油树脂为骨架支撑材料,通过吸油树脂对相变物质的吸附作用,制备了高分子固-固相变材料。使用红外光谱和差示扫描量热法对相变材料的结构和相变行为进行了研究;同时,采用偏光显微镜的反射模式对相变材料的动态相变过程进行了观察。研究结果表明:在相变储能材料中,相变物质石蜡与PEG的熔融相转变焓分别为140.8 k J/g和7.5 k J/g;结晶相转变焓分别为137.2 k J/g和2.8 k J/g;在动态升/降温的相转变过程中,可观察到相变物质在吸油树脂网络中的熔体流动/凝固状态;相变过程中相变物质未发生泄漏,具有可逆的相转变特性。     

羧甲基纤维素钠超声吸附脂肪酸相变材料的制备

通过超声吸附法,利用羧甲基纤维素钠(CMC)的孔洞吸附癸酸(CA)、月桂酸(LA)和肉豆蔻酸(MA)三种脂肪酸,制备了相变材料。通过FTIR、XRD、BET、SEM、DSC、TG测试方法研究了材料的综合性能。FTIR和XRD结果说明CMC与脂肪酸(FA)之间属于物理吸附;BET定性得出CMC吸附后的孔径、孔体积和表面积减小,CMC对CA、LA和MA的最大吸附率分别为35.3%、42.7%和44.7%,与TG和DSC定量得出的结果相一致,相变温度分别为36.53℃、46.05℃和57.04℃,相变焓值分别为60.27 J/g、72.06 J/g和81.58 J/g;微观形貌下CMC的孔洞被脂肪酸填充且在经过100次冷热循环后材料的相变性能和热稳定性良好。     

正辛酸-癸酸/膨胀石墨低温复合相变材料的制备及热物性研究

针对有机相变材料热导率低的问题,以质量比71∶29的正辛酸(OA)-癸酸(CA)为基液,通过添加膨胀石墨(EG)制备用于医药冷藏运输系统的复合相变材料。利用EG表面多孔结构的吸附性原理,制备出EG最佳质量分数为8%的OA-CA/EG低温复合相变材料。通过差示扫描量热仪测得OA-CA/EG的相变温度为0.9℃,相变潜热为112.7J/g。利用热常数分析仪测得OA-CA的热导率为0.3231W/(m·K),OA-CA/EG的热导率为1.649W/(m·K),加入EG使得OA-CA的热导率提高了4.1倍。对OA-CA/EG进行100次蓄放冷循环实验,结果表明循环前后其相变温度、潜热值以及热导率均未发生明显变化。稳定的蓄放热性能使得OA-CA/EG在医药冷藏运输系统具有广阔的应用前景。     

聚乙烯类/石蜡木塑相变储能材料的制备与性能

以聚乙烯类基质作为支撑材料,石蜡作为相变剂,研究和制备了聚乙烯类/石蜡木塑相变储能材料。研究表明,当石蜡的添加量为25%时,HDPE、LDPE和LLDPE三种基质的石蜡木塑相变储能材料的拉伸强度分别下降了53.18%、60.48%、66.81%,弯曲强度分别下降了67.68%、62.24%、69.07%,力学性质下降均超过50%。性能测试得出HDPE的综合性能较好,在石蜡的添加量为20%时,HDPE、LDPE和LLDPE的相变温度分别为56.27℃、57.87℃、56.62℃,相变焓分别为125.85J/g、100.30J/g、124.65J/g。通过氯仿提取石蜡,研究聚乙烯类基质的包裹性能,结果表明不同的基质都解决了石蜡的渗漏问题。     

月桂酸-癸酸/十四醇-十二烷复合相变储能材料的制备与性能研究

本文研制了一种用于相变温度为5~15℃的储能系统的相变储能材料,该材料由月桂酸(LA)、癸酸(DA)、十四醇(TA)与十二烷(DD)按比例混合经超声波振荡后制得,质量配比为27.1∶28.5∶29.6∶14.8。相变储能材料的性质通过步冷曲线法、差示扫描量热法(DSC)以及热稳定循环测试法等方法来研究。实验结果表明,本相变储能材料的过冷度接近0℃,可忽略不计;在流速为10 m L/min的液氮氛围以及5℃/min的温度变化速率下,相变温度为5.13℃,相变潜热为154 J/g;本材料循环600次后偏离了共融状态,但无分层,具有较好的循环稳定性;通过一系列性能测试,得到了本材料的基本物理性质及热性能。由此可得,本相变复合材料具有较高的潜热、合适的相变温度、较好的热稳定性以及较低的成本,在储能系统尤其是空调系统中表现出了极大的潜力。     

新型复合相变储能材料Na/Paraffin的制备与性能分析

为提升广泛应用于相变储能领域的石蜡的导热系数,在手套箱内将导热系数高、熔点低、密度小的金属Na与石蜡复合为Na/paraffin新型相变储能材料,并对其导热系数、相变潜热及储/放热特性进行研究。结果表明:5%Na/95%paraffin复合相变储能材料导热系数较纯石蜡提高了17.6倍,储/放热速率均较纯石蜡提升了1倍;经过200次循环实验后,3%Na/97%paraffin复合相变储能材料相变温度由60.58℃下降到59.65℃,相变潜热由166.7520J·g~(-1)下降到160.5632J·g~(-1),热导率由2.33W·m~(-1)·K~(-1)减少到1.98W·m~(-1)·K~(-1)。     

膨胀石墨/石蜡复合相变材料的碳纳米管掺杂改性研究

为了制备兼具高相变潜热和高导热系数的膨胀石墨/石蜡(EG/PA)复合相变材料,使用真空浸渍法并通过碳纳米管(CNTs)掺杂对复合相变材料进行了改性。导热性能测试分析发现,当复合相变材料中石蜡质量分数较高时,CNTs掺杂可以有效地增强复合相变材料的导热系数,并且随着CNTs掺杂含量的提高复合相变材料的导热系数也逐渐增大,但是当CNTs掺杂量高于0.8%(质量分数)时导热系数增大速度变慢,因此优化的CNTs掺杂含量为0.8%(质量分数)。在此优化参数下,复合相变材料的熔化潜热从145.27 J/g变到144.39 J/g几乎没有变化,而导热系数从2.141 W/(m·K)提升至4.106 W/(m·K),提升了约1倍,并且在100次热循环之后仍然保持很好的储热能力,具有较好的热循环稳定性。     

复合固液相变储能微球的制备

综合微囊化和定形化制备复合相变储能材料的优势.用海藻酸钙为载体材料,壳聚糖为复膜材料,廉价的相变蜡作为相变储能材料,考察了壳聚糖浓度、氯化钙浓度、海藻酸钠浓度、芯壁比以及凝固时间对所制备样品热性能的影响,优化出制备方法的最佳实验条件.在最佳实验条件下所制备的样品为内部具有空间网状结构平均粒径为0.5mm的密封型小球,相变焓为103.1J/g,峰值温度为26.7℃.     

PEG/多孔火山岩复合相变材料的制备及其表征

基于相变理论,选用聚乙二醇(PEG)作为相变材料,多孔火山岩作为基体,运用真空吸附及环氧包封试验方法,制得PEG/多孔火山岩复合相变材料;采用FTIR、DSC等试验手段分别对PEG/多孔火山岩复合相变材料的储热性能、热稳定性和力学性能进行表征。结果表明:PEG均匀地吸附在火山岩的多孔结构中,平均吸附率为16.17%;经环氧树脂包封后,190℃相变材料不会发生泄漏;PEG、多孔火山岩间没有新物质生成,仅为物理结合;复合相变材料的相变起始温度为41.9℃,相变焓为40.61J/g;导热系数为0.558W/(m·K);压碎值为17.9%。