Encapsulation of PCM in ceramic thermal energy storage materials

以红柱石为主要原料,采用原位生成堇青石技术制备高温性能优良的红柱石蜂窝陶瓷储热材料.再利用特制的封装剂将相变材料(PCM)封装在部分蜂窝陶瓷孔中,制备储热密度大的显热-潜热高温复合储热材料.采用SEM,EPMA,TG-DTA等测试方法对封装剂与陶瓷基体的结合性,PCM与陶瓷基体的适应性及复合储热材料的储热密度进行研究.结果表明红柱石蜂窝陶瓷能安全地封装PCM,封装质量分数为20%的K₂SO₄后的储热密度为987.70 kJ/kg(0~1080 ℃),封装质量分数为16%的NaCl复合储热密度为796.40 kJ/kg(0~810 ℃).制备的复合储热材料具有较高的储热密度,能实现高温储热.     

Preparation and characterization of KF-KCl/SiO2 composite materials

采用混合烧结工艺将相变材料KF-KCl和陶瓷材料SiO₂进行复合,并添加聚乙烯醇作为黏结剂、B₂O₃作为烧结助剂,成功制备出一种陶瓷基复合结构储热材料。通过试验,确定了复合材料的烧结程序以及最佳的烧结温度。XRD分析表明,由KF-KCl/SiO₂构成的复合结构储热材料各物质之间具有良好的化学相容性;TG-DSC分析表明,复合材料在591.7 ℃时出现吸热峰,相变潜热是157.4 J/g。该复合材料具有储热密度高、无需容器盛装等特点,可以实现高温储热。     

MIL-101(Cr)-NH2/CaCl2复合材料的热化学蓄热性能研究

将金属有机骨架MIL-101(Cr)-NH₂与CaCl₂通过浸渍的方法复合得到MIL-101(Cr)-NH₂/CaCl₂热化学蓄热复合材料。采用X射线衍射分析仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、全自动比表面积及孔径分析仪以及同步热分析仪（TG-DSC）等分析了复合材料的表观形貌、盐含量、比表面积和蓄热密度等参数。结果显示,复合材料的盐含量为49%,在30℃、32%湿度下的最大吸水量为0.54 g(H₂O)/g(样品),蓄热密度达到了1 204 kJ/kg,并且在经历了17次吸附-解吸循环后,其蓄热密度仅降低了6.5%,表现出优异的循环稳定性,出色的吸附性能表明这一新型复合材料在太阳能蓄热领域具有广阔的应用前景。     

Preparation and thermal stability of ternary sulfate molten salt

以硫酸钠、硫酸钾和硫酸镁为原料,采用在硫酸钠-硫酸钾二元共晶盐中加入硫酸镁的方法制备三元硫酸熔盐。应用TG-DSC联用分析仪、热常数分析仪、X射线衍射仪以及热循环法对复合熔盐的熔点、相变潜热、热导率、比热容、分解点以及热稳定性进行表征。结果表明：所制备的三元硫酸熔盐熔点分布在667.5～669.7 ℃之间,较二元熔盐熔点降低了160 ℃左右,硫酸镁含量为30%（质量分数）的三元硫酸熔盐相变潜热值最大为94.3 J/g,比热容最大为1.13 J/(g·K)（720℃≤T≤800℃）,导热系数为0.41 W/(m·K),分解温度为1070 ℃,经50次热循环后,相变潜热值降低约4.34%,熔点和物相保持基本恒定,具有良好的热稳定性。该研究为硫酸盐作为高温传热蓄热介质提供了依据。     

纳米Fe2O3/硬脂酸/十八醇纳米复合相变蓄热材料的性能研究

针对有机相变材料热导率低的问题,将高热导率的纳米Fe₂O₃添加到硬脂酸/十八醇二元有机复合蓄热相变材料中,制备纳米复合蓄热相变材料。从分散剂的种类、分散剂与纳米材料的添加量以及超声时间4个方面研究其对纳米复合相变蓄热材料的稳定性及热物性的影响。结果表明,阴离子表面活性剂的分散效果优于阳离子和非离子表面活性剂。复合相变材料中添加质量分数为0.8%,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和质量分数为0.4%Fe₂O₃的体系,超声时间为80 min时,纳米Fe₂O₃在相变材料中的分散效果最好。添加纳米Fe₂O₃后复合蓄热相变材料的相变潜热及相变温度有所下降,热导率提高34.9%。300次热循环复合相变材料的相变温度波动区间不超过0.41℃,相变潜热波动区间不超过4.0%,热稳定性良好。     

多孔基无机玻璃-熔盐复合相变材料蓄热性能的实验研究

基于熔融浸渗法和黏结封装法,以多孔基作为基体材料,分别采用无机玻璃粉与熔盐作为相变材料开展实验,探究储热样本的最佳制备工艺流程。考察了复合相变蓄热体的显微结构及物相组成特征,分析了复合相变蓄热材料的质量损失率,并对蓄热体进行蓄热性能分析及高温抗压强度测试。实验结果表明,采用黏结封装法,以氯化钠作为相变材料,加盖圆柱形三角孔蜂窝陶瓷基体作为载体,设定6.5℃/min的升温速率,烧结温度至800℃,保温30 min,可制备蓄热性能较为优异的复合相变蓄热材料。复合相变蓄热材料的蓄热密度为445.5 kJ/kg,该蓄热体在800℃条件下高温抗压强度达到75.9 MPa,具有良好的蓄热性能和力学性能。     

A novel cryogenic insulation system of hollow glass microspheres and self-evaporation vapor-cooled shield for liquid hydrogen storage

Liquid hydrogen (LH₂) attracts widespread attention because of its highest energy storage density. However, evaporation loss is a serious problem in LH₂ storage due to the low boiling point (20 K). Efficient insulation technology is an important issue in the study of LH₂ storage. Hollow glass microspheres (HGMs) is a potential promising thermal insulation material because of its low apparent thermal conductivity, fast installation (Compared with multi-layer insulation, it can be injected in a short time.), and easy maintenance. A novel cryogenic insulation system consisting of HGMs and a self-evaporating vapor-cooled shield (VCS) is proposed for storage of LH₂. A thermodynamic model has been established to analyze the coupled heat transfer characteristics of HGMs and VCS in the composite insulation system. The results show that the combination of HGMs and VCS can effectively reduce heat flux into the LH₂ tank. With the increase of VCS number from 1 to 3, the minimum heat flux through HGMs decreases by 57.36%, 65.29%, and 68.21%, respectively. Another significant advantage of HGMs is that their thermal insulation properties are not sensitive to ambient vacuum change. When ambient vacuum rises from 10⁻³ Pa to 1 Pa, the heat flux into the LH₂ tank increases by approximately 20%. When the vacuum rises from 10⁻³ Pa to 100 Pa, the combination of VCS and HGMs reduces the heat flux into the tank by 58.08%–69.84% compared with pure HGMs.     

A braze system for sealing metal-supported solid oxide fuel cells

A composite braze, consisting of Ag–Cu–Ti braze alloy and particulate Al₂TiO₅ filler, was used to produce metal/braze/metal and metal/braze/YSZ joints to seal and interconnect metal-supported SOFC membranes. The addition of Al₂TiO₅ to the braze alloy lowers the coefficient of thermal expansion (CTE) of the resulting composite sufficiently so as to produce joints in which the YSZ does not crack due to CTE mismatch. Optimization of the reactive element (Ti) loading is discussed with regard to its effect on electrolyte conductivity. Electronic conductivity, sealing ability, and strength of the braze alloy remain acceptable after complete oxidation at 700 °C in air. Joints were also tested in air/fuel dual atmosphere environment at 700 °C. After this exposure, the joint remains hermetically sealed, and no significant degradation of the joint was observed. This is in contrast to a free-standing foil of the braze alloy, which failed upon dual atmosphere exposure. The composite braze material was used to seal a metal-supported thin-film YSZ cell. The sealed cell was thermally cycled 30 times very rapidly without any deterioration of the open circuit voltage.     

适合于太阳能热发电的锰铁锂复合金属氧化物储热特性与热化学反应机理

提出在锰基氧化物中添加Fe₂0₃和Li₂0,构建锰铁锂三元复合金属氧化物,降低热化学储热反应温度,更好地满足新一代太阳能热发电系统需求。实验发现,与Mn₂O₃相比,新生成的Li₂FeMn₃O₈复合氧化物的还原反应初始温度由773℃降低至622℃;还原反应活化能从797.10 kJ/mol降低至132.44kJ/mol;氧化反应由难以进行,变为从590℃开始进行;氧化放热量增至209.40 kJ/kg;经过105次循环后仍保持良好的循环反应稳定性。     

Thermal properties of a modified MOF-stearic acid composite phase change materials

以ZIF-67作为金属有机框架（MOF）,通过原位沉淀法生长在膨胀石墨片上对膨胀石墨进行改性,经过煅烧后形成Co₃O₄/EG分级多孔混合结构。为了优化硬脂酸的充放热性能,将Co₃O₄/EG与硬脂酸通过熔融共混和真空吸附法复合,制备出具有优异充放热性能的SA/Co₃O₄/EG复合相变材料。表征SA/Co₃O₄/EG复合相变材料的微结构、物相、相变焓值、相变温度和充放热时间等热物理性能,分析添加物Co₃O₄/EG的微结构对硬脂酸相变储热材料微结构和热性能产生的影响。添加物Co₃O₄/EG对SA/Co₃O₄/EG复合相变材料的相变温度影响较小,相变温度与Co₃O₄/EG添加量没有依赖关系。而复合储热材料的相变潜热随Co₃O₄/EG量的增加而减少,但与理论计算相差较少。Co₃O₄/EG分级多孔结构可以阻止Co₃O₄的团聚并提供高比表面积和孔体积吸附硬脂酸,多孔隙结构Co₃O₄和高热导率膨胀石墨（EG）的协同作用可以增加硬脂酸相变储热材料的热传递,缩短充放热时间,提高充放热效率。     

用于太阳能超临界CO2布雷顿循环的流态化颗粒换热试验与模拟

搭建30 kW浅层多级流态化颗粒换热试验台,在约1.5倍临界流化速度、换热器采用直管管束逆流形式布置时颗粒侧换热系数可达590～860 W/(m2·K).采用双欧拉流体模型对流化床内水平埋管管束换热进行数值模拟,模拟结果与试验结果偏差在10％以内.利用析因设计与线性回归模型研究颗粒粒径、颗粒导热系数和流化气体速度对流态...     

Preparation of conductive fire retardant and its application in Li-ion battery

锂离子电池内短路是诱发电池热失控的主要原因,适当的安全性添加剂可以阻止电池热失控的发生。本文通过界面聚合法在聚乙烯蜡表面生成适量的导电聚苯胺,制备了一种具有良好导电性能的PTC材料（PANI-PEW）,并对PANI-PEW的微观形貌、电导率以及添加至LiFePO₄正极中的电化学性能进行了对比分析。测试结果表明,PANI-PEW在常温下的电导率为1.08×10^-3 S/m,在90~120℃时,其电阻值急剧增大。在0.5 C和1 C倍率下,PANI-PEW的加入对LiFePO₄电池的阻抗和循环性能影响较小,而经过120℃热处理后的含15%（质量分数） PANI-PEW的极片,其电池的阻抗大幅增加且首次放电比容量只有35.3 mA·h/g,在第12次循环后,放电比容量接近于0。以上结果表明,PANI-PEW是一种性能优异的PTC材料且能在120℃时阻止电池热失控的发生。     

Preparation of form-stable carbonates/magnesium oxide-flake graphite composite thermal storage material and its thermal conductivity

以混合碳酸盐为相变材料,以氧化镁为陶瓷基骨架材料,以鳞片石墨为导热增强剂,通过混合烧结法制备出中高温复合蓄热材料。基于XRD和SEM表征分析可知,添加鳞片石墨后复合材料具有较好的化学稳定性,而且由于鳞片石墨的原因复合材料形成较多的孔隙结构。通过分析添加鳞片石墨后复合材料的热物性可知,随着鳞片石墨含量的增加,复合材料的熔点基本不变,而其热导率不断提高。鳞片石墨含量为25%的混合碳酸盐/氧化镁复合材料在250℃和560℃时的热导率分别达到3.88 W/（m·K）和2.52 W/（m·K）。基于微观结构和界面层理论对复合材料的导热增强机制进行了分析与讨论。     

超临界工质布雷顿循环热力学分析

  [目的]  N₂O、C₂H₆、SF₆用于制冷剂或朗肯循环的工质,这些工质的临界点和物性特征使其具有作为超临界布雷顿循环工质的潜力。  [方法]  采用自行开发的MATLAB程序并调用美国国家标准与技术研究所(NIST)发布的REFPROP物性数据库,对超临界N₂O(S-N₂O)、超临界C₂H₆(S-C₂H₆)、超临界SF₆(S-SF₆)布雷顿循环进行热力学分析,并与超临界CO₂(S-CO₂)布雷顿循环进行对比。选择再压缩循环方式,分别计算得到了透平入口温度为300～550 ℃、压力为15～25 MPa,预冷器出口温度为32 ℃和47 ℃的各种工况。  [结果]  热效率计算表明:S-N₂O、S-C₂H₆、S-SF₆再压缩循环均表现较高的热效率,且比相对应的S-CO₂再压缩循环的热效率高,再压缩循环热效率总是随着透平入口温度的提高而提高,但提高压力不一定总是提高循环热效率,提高预冷器出口温度导致循环热效率显著下降。流量计算表明,S-N₂O、S-C₂H₆、S-SF₆、S-CO₂循环的总质量流量和透平入口体积流量均远高于同等参数条件的蒸汽朗肯循环,但这四种超临界工质循环的透平出口体积流量相近。  [结论]  S-N₂O、S-C₂H₆、S-SF₆、S-CO₂循环均有潜在应用价值。     

Preparation and characterization of electrochemical properties of nitrogen and boron co-doped MXene composite materials

通过对Ti₃AlC₂ MAX相陶瓷粉进行刻蚀、插层、超声处理，制备出片状Ti₃C₂T_x MXene。以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为杂原子掺杂的氮源和硼源，通过不同温度热处理，得到新型的N、B掺杂MXene（N，B-Ti₃C₂T_x）作为超级电容器的电极材料。考察了煅烧温度对其电容性能的影响，结果表明，最佳煅烧温度为300℃，此时电容性能得到有效提高。在扫描速率为100 mV/s时测得N，B-Ti₃C₂T_x-300℃的质量电容为65 F/g，是相同条件下Ti₃C₂T_x电容的5.5倍。EIS结果表明，N，B-Ti₃C₂T_x-300℃的接触电阻为0.52 Ω。循环稳定性测试表明，当电流密度为2 A/g时，充放电循环1000次后的电容保持率为84%。     

梭式窑烟气废热利用的模拟研究

采用商用CFD软件,通过数值模拟和正交实验分析了蜂窝陶瓷的结构参数及各工况条件对换热性能和压力损失的影响,优化了工况参数。数值模拟结果为：进入稳定工作期后,加热期温度效率为94．6％,冷却期温度效率为93．7％,压力损失为457．7Pa。在此基础上,设计了梭式窑高温空气燃烧（HTAC）系统,构建实体模型进行实验,研究余热回收系统的温度效率及烟气在蜂窝陶瓷内压力损失。研究结果表明,加热期与冷却期的温度效率分别为：92．0％,93．2％,测量热烟气和预热空气的压力损失分别为126．3,107．8Pa。     

纳米多孔碳对MgO/Mg(OH)2化学蓄热性能影响的实验研究

为提高Mg O/Mg(OH)₂的热化学蓄/放热性能,采用焙烧法将氧化镁(Mg O)负载在纳米多孔碳(NCP)材料上制备纳米碳基氧化镁(NCP-Mg O)复合材料。研究结果表明,NCP载体使MgO在其表面形成粒径为10～30 nm大小的颗粒,复合材料NCP-MgO具有较高的导热系数,负载80%MgO后导热系数是纯MgO的2.6倍。在反应温度110℃、水蒸气压力57.8 kPa的实验工况下,发现水合速率的大幅提升是强化Mg O/Mg(OH)₂蓄热性能的主要原因,在水合反应60 min和120 min时,NCP-MgO复合材料的水合转化率分别是纯MgO的2.25倍和1.6倍。在水合反应120 min后,MgO负载率为80%的NCP-MgO复合材料的蓄热密度可达1 053 kJ/kg,是纯MgO的1.4倍。该研究可为MgO/Mg(OH)₂在化学蓄热系统的应用提供一定的参考。     

Effect of binders on performances of ceramic coated separators for lithium-ion batteries

为优化陶瓷涂敷隔膜热稳定性,提高锂离子电池的安全性和电化学性能,本工作选用热稳定性优异的聚酰亚胺和电化学稳定的聚偏氟乙烯六氟丙烯作为复合黏结剂,将Al₂O₃无机颗粒涂敷于商品级聚烯烃隔膜两侧。通过调控两种黏结剂组分含量,测试隔膜性能发现,增加聚酰亚胺的含量可以明显提高涂覆隔膜的热稳定性,但隔膜的电化学性能不理想;在黏结剂中引入适量的聚偏氟乙烯六氟丙烯组分,涂覆隔膜可在保持其热稳定性的同时,获得良好的离子电导率、电化学稳定性和金属锂电极兼容性等性能。最后选用电化学性能表现最为优异且热稳定性良好的黏结剂组分制备陶瓷涂敷隔膜,在Li|LiCoO₂电池中,比聚烯烃隔膜表现出更优异的电化学性能,在8 C倍率下的放电比容量为109.3 mA/g,容量保持率为66.1%,而使用PE隔膜的电池的放电比容量和容量保持率仅为88.7 mA/g和54.7%。     

高温集热管真空寿命预测研究

针对高温真空集热管真空老化性能展开真空度预测和寿命评价研究。模拟电站高温集热管运行环境，在400℃进行热循环模拟和热损测试，在450℃进行过热加速循环试验。结果表明：集热管封离后，室温条件下其内初始真空度达4.7×10^-4Pa，在400和450℃经过400次循环后，管内真空度分别为5×10^-3Pa和6×10^-2Pa。室温状态下集热管在吸收涂层法向发射比为0.08，真空度为10^-3Pa时，400℃下热损为216 W/m，显示出良好的热性能。拟合结果表明在400℃条件下集热管使用寿命满足25年要求。     

A performance evaluation of direct methanol fuel cell using impregnated tetraethyl-orthosilicate in cross-linked polymer membrane

A sulfonated styrene-(ethylene-butylene)-sulfonated styrene (SEBSS) is a highly sulfonated random block polymer. This material has several characteristics including high proton conductivity, good mechanical properties, and relatively low cost, but the chemical and temperature stability is lower than that of perfluorinated polymers such as Nafion^® due to lower C–H bond association enthalpies of the hydrocarbon framework in polymer. In this paper, we developed the chemical and temperature stability of sulfonated styrene polymer membrane by impregnating silica in these polymers in order to overcome the humidification constraints in direct methanol fuel cell (DMFC). We modified a composite membrane by including a small amount of silica with the aim of retaining the electrochemically produced water inside the cell. A composite sulfonated SEBSS membrane was synthesized by the blending of inorganic materials such as tetraethylorthosilicate. Membrane cast from this material was investigated in relation to methanol permeability in the range of methanol concentration from 2 to 4 M at 30°C. SEM Photograph revealed a brittle, surface-attached silica layer with silicon oxide contents. The thermal decomposition of a composite membrane was investigated by TG-DSC thermograms. The I–V characteristics of DMFC using a composite membrane as electrolyte was studied with a single cell test equipment at the temperature of 30–90°C. The highest current densities are 74, 229, and 442 mA/cm² at temperatures 30, 60, and 90°C at a potential of 0.3 V, when small amounts of silica of 0.014 mol was added to SEBSS polymer.