活性氧化铝基质新型复合吸附剂的制备和储热性能

研制了一种以活性氧化铝为基质、CaCl₂为吸湿盐的新型复合吸附剂,可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其内部结构、吸附性能和储热性能进行了研究。利用恒温恒湿箱确定出现溶液泄漏现象的最大含盐量,并对30℃和多种相对湿度工况下的动态和平衡吸附特性进行测量,研究了含盐量和相对湿度对吸附剂的吸附特性的影响,结果表明含盐量和相对湿度越大,复合吸附剂的吸水能力越强。利用全自动比表面积与孔隙度分析仪测量材料的比表面积和孔体积,利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,其中含盐量最高的复合吸附剂的储热密度最高,质量和体积储热密度分别达到0.51 kW·h/kg和610.2 kW·h/m³,具有良好的储热性能。     

氯化镁/沸石复合材料的吸附特性及储热性能

制备了一种以13X沸石分子筛为多孔基质材料、氯化镁为反应盐的高性能复合吸附储热材料,并对其吸附性能和储热密度进行了深入研究。使用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观结构和形态特征进行了表征;使用全自动比表面积与孔隙度分析仪(ASAP 2460)测试了复合材料的孔体积;使用恒温恒湿箱对复合吸附材料的吸附性能进行了测试,其中含盐量29%(质量分数)的复合吸附材料达到了0.75g·g~(-1)的平衡吸附量,探讨了含盐量和相对湿度对复合吸附材料吸附性能的影响规律;利用激光热导仪(LFA)测试了纯沸石以及复合吸附材料的热扩散系数;利用同步热分析仪(STA)测试了复合吸附材料的储热密度,其中含盐量最高的复合吸附材料质量储热密度达到1628kJ·kg~(-1),体积密度高达412kW·h·m~(-3),定量地分析了氯化镁/沸石复合材料耦合物理吸附、化学吸附与吸收过程的多形态储热密度。     

蛭石/氯化钙复合吸附剂的吸附特性和储热性能

为了储存120℃以下的热能,提出了以水为介质的热化学吸附储热方法。配制了一种以膨胀蛭石为多孔基质、氯化钙为反应盐的新型复合吸附剂,并对其进行了微观形貌表征、吸附性能测试、同步热分析测试和储热密度的理论计算。扫描电子显微镜(SEM)观测显示膨胀蛭石特有的片层状的大孔结构产生了相对巨大的孔体积;利用恒温恒湿箱实验排除有溶液泄漏问题的含盐量;通过恒温恒湿箱对30℃、3种相对湿度下的动态吸附过程进行测试,分析了含盐量和相对湿度对吸附特性的影响,证实了该复合吸附剂具有3个不同的吸水阶段,包括物理吸附、化学吸附和溶液的气-液吸收过程;利用同步热分析测试(STA)和数值计算进一步对上述3个吸附过程的吸水量、吸附热和反应温度进行分析。最终优选出含盐量47.9%(质量分数)的复合吸附剂,其吸水量高达1.24 g·g-1,质量和体积储热密度分别高达1.25 k W·h·kg-1和213.56 k W·h·m-3。     

氯化镁/沸石复合材料的吸附特性及储热性能

制备了一种以13X沸石分子筛为多孔基质材料、氯化镁为反应盐的高性能复合吸附储热材料,并对其吸附性能和储热密度进行了深入研究。使用扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的微观结构和形态特征进行了表征;使用全自动比表面积与孔隙度分析仪（ASAP 2460）测试了复合材料的孔体积;使用恒温恒湿箱对复合吸附材料的吸附性能进行了测试,其中含盐量29%（质量分数）的复合吸附材料达到了0.75 g·g^-1的平衡吸附量,探讨了含盐量和相对湿度对复合吸附材料吸附性能的影响规律;利用激光热导仪（LFA）测试了纯沸石以及复合吸附材料的热扩散系数;利用同步热分析仪（STA）测试了复合吸附材料的储热密度,其中含盐量最高的复合吸附材料质量储热密度达到1628 kJ·kg^-1,体积密度高达412 kW·h·m^-3,定量地分析了氯化镁/沸石复合材料耦合物理吸附、化学吸附与吸收过程的多形态储热密度。     

蛭石/氯化钙复合吸附剂的吸附特性和储热性能

为了储存120℃以下的热能,提出了以水为介质的热化学吸附储热方法。配制了一种以膨胀蛭石为多孔基质、氯化钙为反应盐的新型复合吸附剂,并对其进行了微观形貌表征、吸附性能测试、同步热分析测试和储热密度的理论计算。扫描电子显微镜（SEM）观测显示膨胀蛭石特有的片层状的大孔结构产生了相对巨大的孔体积;利用恒温恒湿箱实验排除有溶液泄漏问题的含盐量;通过恒温恒湿箱对30℃、3种相对湿度下的动态吸附过程进行测试,分析了含盐量和相对湿度对吸附特性的影响,证实了该复合吸附剂具有3个不同的吸水阶段,包括物理吸附、化学吸附和溶液的气-液吸收过程;利用同步热分析测试（STA）和数值计算进一步对上述3个吸附过程的吸水量、吸附热和反应温度进行分析。最终优选出含盐量47.9%（质量分数）的复合吸附剂,其吸水量高达1.24 g·g^-1,质量和体积储热密度分别高达1.25 kW·h·kg^-1和213.56 kW·h·m^-3。     

水合盐基中低温热化学储热材料性能测试及数值研究

以水合盐K₂CO₃·1.5H₂O和膨胀石墨（EG）分别作为化学蓄热材料和多孔基质,研制了复合储热吸附剂K₂CO₃@EG。对该复合吸附剂和未掺杂膨胀石墨的纯水合盐就脱附储热、吸附性能、循环稳定性等方面进行了对比分析。结果表明,复合吸附剂所需的脱附温度降低,对吸附质的吸附动力学性能也有明显提升且可有效避免潮解现象。经过连续15次的脱附-水合循环实验后,纯盐和复合吸附剂的储热密度分别下降27.6%和10.9%。此外,对储热单元的数值研究结果初步验证了该蓄热体系的可行性。     

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl_2/SrCl_2/NH_3作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl_2和SrCl2都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36kJ·kg~(-1);SrCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19kJ·kg~(-1)。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。     

复合吸附剂MWCNT/MgCl2的水蒸气吸附性能

通过研磨将多壁碳纳米管分别与质量分数为30%、40%和50%的无水氯化镁复合,制备了3种不同配比的复合吸附剂MWCNT/MgCl₂。采用数字化扫描电子显微镜（SEM）观察复合吸附剂表面材质的结构样貌,通过Hot Disk热常数分析仪测得复合吸附剂的热导率,使用恒温恒湿箱选取具有代表性的温湿度,测试复合吸附剂在不同工况下的水蒸气吸附性能,并采用准二级动力学模型对25℃、50% RH工况下的实验数据进行拟合,应用Autosorb-IQ全自动气体分析仪测试了三种样品在25℃下的等温吸湿曲线。实验结果表明,相同温湿度工况下,随着氯化镁含量增加,复合吸附剂的吸附量提高,25℃、50% RH下氯化镁含量为30%、40%和50%的复合吸附剂M1、M2和M3的吸附量分别为0.62、0.79和0.94 g/g;恒定湿度为50% RH,温度变化为15~35℃时,复合吸附剂吸附量受温度和饱和水蒸气分压力的双重影响,表现为先增加后减小;温度固定为25℃,相对湿度从50% RH增加到80% RH时,复合吸附剂吸附量均大大提升;复合吸附剂在35℃、25% RH中高温、低湿条件下仍表现出较好的吸附能力;在相对压力P/P₀为0.3时,M1、M2和M3的吸附量分别为0.24、0.25和0.30 g/g,随着吸附压力的增加,复合吸附剂的吸附量也不断提升,最大吸附量分别达到3.54、3.75和4.42 g/g。复合吸附剂MWCNT/MgCl₂的制备研究,为吸附剂的性能研究提供了基础,对太阳能吸附式空气取水的研究具有潜在意义。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

石墨烯-13X/LiCl复合吸附剂开式吸附-解吸性能

利用不同质量分数的石墨烯（MLG）与13X/LiCl合成新型复合吸附剂。通过扫描电镜（SEM）和N₂吸附表征复合吸附剂的微观形貌和孔隙特性,测试了复合吸附剂开式环境下的水蒸气吸附及解吸性能,并探究复合吸附剂中石墨烯质量分数对吸附解吸性能的影响。通过80%相对湿度（RH）的高湿工况进一步筛选出盐的质量分数为18.4%的13X/LiCl为最佳盐含量的吸附剂（MZ）作为合成复合吸附剂的基质。实验结果表明：石墨烯增加了复合吸附剂的结构性参数（比表面积,孔体积及孔径）,其中比表面积由未添加石墨烯的MZ [(262±3)g/m²],最大可提升至12G-MZ [(304±4)g/m²];复合吸附剂表现出优异的水蒸气吸附性能,所有复合吸附剂的相对吸附量均高于MZ（0.554g/g）,3G-MZ吸附性能最佳,水蒸气吸附量高达0.587g/g,是13X的2.7倍;除12G-MZ外,随着吸附剂中石墨烯质量分数的增加,水蒸气解吸率随之增加,其中9G-MZ的解吸率接近90%,较MZ（81.8%）提升了9.7%。该研究可为复合吸附剂应用于吸附空气取水提供基础研究数据。     

一种吸附式空气取水装置的性能实验

基于大气中水的吸附与解吸循环,设计出吸附式空气取水装置,并对其进行了实验研究。该装置主要由太阳能集热器、吸附床和冷凝器等组成。晚上吸附剂吸附空气中的水,白天由太阳能提供热量进行解吸。实验制备了硅胶（SC）-CaCl₂、SC-LiCl、活性炭纤维毡（ACF）-CaCl₂、ACF-LiCl 4种新型复合吸附剂,并对其进行了实验测试。结果表明：由ACF制备的复合吸附剂性能比由SC制备的复合吸附剂性能要好;ACF-LiCl的吸附与解吸性能最好,在吸附床出口温度为90℃时,解吸6 h的产水率是0.412 kg水·（kg吸附剂）^-1。     

Activated carbon fibres and composites on its base for high performance hydrogen storage system

To obtain high hydrogen sorption capacity and reduce the time of the cycle (adsorption/desorption) in the gas storage system a new composite material (metal hydride particles on the activated carbon fibre matrix) was suggested. Different adsorbent materials such as activated carbon fibre “Busofit”, granular activated carbon and new composite sorbent (metal hydride La_0.5Ni₅Ce_0.5 particles on the activated carbon fibre “Busofit”) were tested. Effect of the carbon sorbent nature and metal hydride content is important to choose the optimal sorbent bed.In this paper, a thermally regulated storage system for hydrogen was numerically analyzed and experimentally validated. A two-dimensional transient model was used to analyze the influence of the thermal control on the operating characteristics of the flat sectional vessel. The evolution of the temperature, pressure and volumetric density of hydrogen inside the vessel during the charging/discharging is discussed. It was shown that heat pipe based thermal control of the process increase the efficiency of the hydrogen storage. Such vessels are interesting to be applied in fuel cells used for vehicle or dual-fuel engine car (hydrogen/gasoline, hydrogen/methane).     

相变微胶囊悬浮液储能系统放冷特性实验研究

利用相变材料定温储能特性,搭建了以水为换热流体、相变微胶囊（MPCM）悬浮液为储能介质的潜热储能系统。采用放冷速率、相变完成率、单位体积放冷量和对流传热系数表征实验系统的放冷特性,通过该潜热储能系统与以纯水为工作介质的显热储能系统的对比,分析了循环水体积流量以及搅拌速率对系统放冷性能的影响。结果表明：MPCM主要在17~19℃范围内发生相变,当悬浮液温度到达20℃时,其相变完成率接近90%;增大循环水流量可以提高放冷速率,循环水体积流量为6 L·min^-1时,MPCM悬浮液的放冷速率在相变区间最高可达1.52 kW,相较于显热储能系统提升了70%;在0~200 r·min^-1的范围内,增大搅拌速率可增大MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数,搅拌速率为200 r·min^-1时,MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数分别为73.86 MJ·m^-3和2176 W·m^-2·K^-1,比显热储能系统分别高1.66倍和1.87倍。     

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl₂/SrCl₂/NH₃作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl₂和SrCl₂都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36 kJ·kg^-1;SrCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19 kJ·kg^-1。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。     

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。