三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠（SAT）为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素（CMC）和十二水磷酸氢二钠（DHPD）作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明：添加0.5% CMC和2% DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 kJ·kg^-1,相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 kW,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠(SAT)为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素(CMC)和十二水磷酸氢二钠(DHPD)作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明:添加0.5%CMC和2%DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 k J?kg~(-1),相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 k W,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

芭纱木-PEG储能建筑材料的制备与性能研究

为了使芭纱木建材具有一定的室内温度调节功能,形成具有储放热性能的相变储能材料,本次研究对芭纱木原木实施细胞壁去除处理,进而取得木质基多孔封装载体。在此基础上通过真空浸渍的方法将聚乙二醇（PEG）嵌入芭纱木中,形成芭纱木-PEG木质基相变储能复合材料。采用红外温度检测仪、差示扫描量热测试、氙灯耐候试验箱等仪器对复合材料的储放热性能及其在循环储放热过程中所体现出来的化学稳定性进行测试。经实验研究发现,本次研究所制备的芭纱木-PEG储能建筑材料储放热性能优良,具有可靠的化学稳定性和热稳定性,具有一定的应用价值。     

硬脂酸/活化凹凸棒石复合相变储热材料的制备与表征

以热活化的甘肃临泽凹凸棒石为基体,采用热熔法和浸渍法制备了硬脂酸/活化凹凸棒石复合相变储热材料。利用红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法表征了复合材料的结构,采用示差量热扫描仪(DSC)和储放热实验考察了复合材料的储/放性能和稳定性。结果表明采用热熔法和溶液浸渍法制备的材料具有相同的结构,硬脂酸按38.5%的负载率以物理作用吸附于活化凹凸棒石表面,其相应的相变焓分别为68.44 J/g和69.06 J/g。稳定性实验表明2种材料均具有良好的化学稳定性,但热稳定性存在差异,热熔法制备的复合材料的热稳定性优于浸渍法制备的复合材料。     

三水醋酸钠/甲酰胺复合相变材料的制备及性能

以甲酰胺(FA)为改性剂,采用熔融共混法对三水醋酸钠(SAT)进行改性得到新型SAT/FA复合相变材料(CPCM)。探讨FA质量分数(下同)对SAT/FA共混物(基体)相变焓及相变温度的影响。利用熔融-固化循环及步冷曲线, 系统探讨成核剂、增稠剂对复合材料相分离、过冷度及放热性能的影响。对新型SAT/FA CPCM的结构及性能进行XRD 、FTIR及DSC表征。结果显示:添加25%的FA于SAT中可形成SAT/FA低共融体;添加2% 十二水磷酸氢二钠成核剂和2%聚乙烯醇增稠剂形成的CPCM,过冷度低(2.67℃),放热时间长(10170 s),循环稳定性好, 相变焓高达233.9 kJ·kg^-1,相变温度40.88 ℃。可应用于相变蓄热地板辐射采暖。     

月桂酸/活性炭复合相变储能材料的试验研究

通过熔融物理吸附法将月桂酸、活性炭复合制备得到复合相变储能材料。测试分析表明,复合相变材料的相变温度范围在44.61℃~46.51℃之间,并且有一个较大的吸热峰,可实现相变吸放热,热稳定性好,相变物质热性能基本不受影响。微相结构显示活性炭能有效吸入大量的月桂酸,具有较好的物理吸附结合能力。综合分析表明,该复合相变储能材料在储热、保温方面具有较好的应用参考价值。     

膨胀石墨相变储热复合材料的制备及性能研究

利用石墨高温膨胀得到多孔高吸附性膨胀石墨,吸附石蜡相变材料,制备了膨胀石墨石蜡相变储热复合材料。采用扫描电镜、差示扫描量热分析对复合材料的结构和性能进行了表征,研究了其储热释热行为。结果表明,在900℃时保持32 s膨胀后可得到适宜的膨胀石墨,吸附适量石蜡时仍保持定型特性,石墨的添加改善了复合材料的导热性能,提高了相变...     

膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变材料储热的性能

以三水乙酸钠（SAT）为基材,添加具有多孔网状结构的膨胀石墨（EG）制备复合相变材料。使用扫描电子显微镜、温度数据采集仪、差示扫描量热仪、Hot Disk热常数分析仪等对材料进行结构观察及相关热物性测试,研究膨胀石墨对三水乙酸钠的热物性影响。结果表明,膨胀石墨不能减小三水乙酸钠的过冷度,但可大幅提高材料热导率,对材料潜热值、相变温度影响较小,能减轻三水乙酸钠的相分离现象且能提高其循环稳定性。对于基材为三水乙酸钠的相变材料,膨胀石墨添加量为7%时,复合材料吸附情况最好。当复合材料配比为7% EG+1%十二水磷酸氢二钠+SAT时,相比于纯SAT相变材料,过冷度减小约49℃,热导率提高将近1倍,相变潜热影响幅度3.14%,相变温度基本不变;50次循环后,相变潜热影响幅度保持在1.4%以内,循环稳定性较好,具有较好的应用前景。     

磷石膏基复合相变材料的制备及储热性能研究

以磷石膏为原料,采用常压盐溶液法在硝酸镁溶液中制备α-半水石膏,以凹凸棒土和聚氨酯为载体、十水硫酸钠和结晶乙酸钠二元共晶水合盐为相变材料,采用真空吸附法制备定形相变材料,然后将α-半水石膏与定形相变材料复合制备磷石膏基相变材料,并考察了其机械强度和储放热性能。结果表明,由磷石膏制备的α-半水石膏抗折、抗压强度分别为8.9、36.8 MPa,定形相变材料的相变温度为28.5 ℃,相变焓为82.6 J/g。由于掺入相变材料导致石膏晶体结合点减少,磷石膏基相变材料抗压强度降低,但其仍然能够达到建筑石膏的使用要求。升、降温实验结果表明,磷石膏复合相变材料与纯磷石膏保温箱相比,温差为8.9 ℃,具有一定的储能效果。     

相变温度为室温的Na_2SO_4·10H_2O相变储热材料的制备研究

利用十水硫酸钠作为相变储热体系的主体成分,加入一定量的氯化钠,可以适当降低体系的相变温度,达到更适合人类使用的27℃左右的室温范围。同时针对十水硫酸钠的相分离、过冷问题,加入一定量的增稠剂和成核剂,使相变储热体系更加稳定。用DSC法测定了该储热体系的相变温度和相变焓,最终确定了相变焓较高、相变温度在室温范围内的以十水硫酸钠为主体成分的相变储热体系的最佳配方。     

高导热膨胀石墨/棕榈酸定形复合相变材料的制备及储热性能研究

采用棕榈酸(palmitic acid, PA)作为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite, EG)作为添加基质,通过“熔融共混-凝固定形”工艺制备了PA/EG定形复合相变材料以提高相变材料的综合性能。预测并制备了21种不同配比的定形复合相变材料,对其形貌结构和孔隙率进行了微观表征与理论分析,并在此基础上对样品进行了传热性能分析、热物性测试、热稳定性研究和储热性能分析。SEM形貌分析显示所使用工艺可使棕榈酸能较好地被吸附于膨胀石墨的孔隙结构并使之均匀分布;DSC测试结果表明定形复合相变材料[70%(质量) PA]的焓值为193.01 J/g,纯PA的焓值为275.35 J/g,对应于熔点分别为61.08℃和59.53℃。EG的添加,可有效提高相变材料的热导率。当样品密度为900 kg/m³,EG含量为30%(质量)时,定形复合相变材料的热导率为14.09 W/(m·K),相比于纯PA[0.162 W/(m·K)]提高约87倍;对制备的样品进行50次循环稳定性实验,EG含量为24%(质量)和30%(质量)的样品形态均未出现明显变化,表现出良好的充放热循环稳定性。     

新型0℃相变蓄冷材料制备及蓄冷特性

针对冷链物流应用场合,提出并制备了相变温度在0℃左右、潜热较高、过冷度较小的以质量分数5%的山梨醇水溶液为基液的相变蓄冷材料,并通过采用纳米材料对其热物性进行了优化研究,设计制作了一种可直接充冷式蓄冷保温箱,以苹果作为保温对象进行了山梨醇蓄冷保温箱的保冷性能实验。结果显示,采用纳米材料（TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃）可以有效降低蓄冷剂溶液的过冷度并增强其热导率;当TiO₂质量分数为0.50%时,可使质量分数5%山梨醇水溶液过冷度降低至1.4℃;当TiO₂质量分数为0.40%时,5%山梨醇水溶液热导率达到最大值,为0.612W/（m·K）;山梨醇水溶液本身并无相分离现象,但因纳米材料沉淀问题需加一定量的增稠剂,最终经优化所得蓄冷材料的配比为5%山梨醇水溶液+0.40%TiO₂+1.0%聚丙烯酸钠（PAAS）,其相变温度为-2.9℃,潜热焓为293.8kJ/kg,热导率为0.62W/(m·K)。本文提出的蓄冷剂溶液可以使苹果在-1～7℃区间保温20h以上,可满足冷链物流“最后一公里”甚至更长距离冷藏运输的时间要求。     

石蜡/膨胀石墨定形相变材料的性能

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构,通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块。采用差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk 热常数分析仪等对复合相变材料进行了结构和性能的表征与测量,建立了冷/热循环实验系统以分析材料的蓄/放热性能等。结果表明:石蜡质量分数为80%的定形相变材料相变温度为27.27℃,相变焓为156.6 kJ·kg^-1。制备的定形相变材料具有相变过程形状稳定、热导率高、储热密度大等特点,并具有良好的稳定性和较长的使用寿命。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

NaNO3/SiO2复合定形相变材料的溶胶-凝胶法制备与表征

以硅酸钠和硝酸为原料,采用溶胶-凝胶法制备了硝酸钠/氧化硅(NaNO3/SiO2)复合定形相变材料,分析了材料的组成、物相、热稳定性和相变性能. 结果表明,原位生成的NaNO3作为相变物质分散在载体SiO2的多孔网络结构中形成定形相变材料,仅是NaNO3与SiO2的物理复合,制备和焙烧过程中都没有产生新物质. 材料在低于600℃时具有良好的热稳定性,融熔热和结晶热分别为144.1和142.6 kJ/kg,融熔和结晶温度分别为302.3和301.2℃. 经100次热循环后,材料的相变热和相变温度基本保持不变.     

平板微热管阵列-泡沫铜复合结构相变蓄热装置蓄放热特性

相变蓄热技术是节能减排的一个重要手段,在太阳能利用、余热回收和电力削峰填谷等领域发挥重要的作用。设计了以平板微热管阵列-泡沫铜复合结构为基础,多孔扁管为载热流体通路,水为载热介质,石蜡为相变材料的热管式蓄热装置。通过实验研究了蓄放热过程中装置内部石蜡的温度分布情况,不同载热流体温度和流量下的蓄放热功率变化,以及装置蓄放热效率等特性。实验结果表明,平板微热管阵列-泡沫铜复合结构可以使箱体内石蜡温度分布更加均匀;增加载热流体和相变材料的温差以及增大流量都可以提高蓄放热功率。实验条件下,该装置的最大蓄热功率为1.24 kW,最大放热功率为1.43 kW。装置蓄热效率为92%,放热效率为94%,总效率为87.4%。     

基于相变储热技术的电池热管理系统研究进展

动力电池的最佳工作温度范围为20~50℃,因此热管理系统是其运行过程中不可分割的一部分。相变储热材料在发生相变时可以吸收或释放大量的热量并且温度基本保持不变,在电池热管理中得到广泛应用。本文综述了国内外基于相变储热技术的电池热管理系统的研究进展,主要介绍了基于相变材料的被动式热管理系统、主动式热管理系统以及主动式和被动相结合的耦合式热管理系统。综合来看,复合相变材料形状稳定性好、热导率高,可以有效地降低电池组的温度,提高电池组的温度均匀性。导电复合相变材料的电热转换特性还可用于低温下快速加热电池,实现加热-冷却一体化。然而在相变材料被动式热管理系统中,相变材料吸收的热量无法及时释放出去,热量的堆积会造成系统失效。将主动散热技术与相变材料耦合得到的耦合式热管理系统具有更好的控温性能、稳定性和安全性。此外,相变乳液以及相变微胶囊浆液具有比热容大、可相变等优点,替代水作为电池热管理系统的冷却介质可以获得更好的温度均匀性和更低的功耗。但相变乳液本身的稳定性差、过冷度大等问题亟需解决。总之,电池在高温和低温下都需要进行有效地温控,相变材料如何解决电池全温度段的热管理还值得进一步研究。     

HIGH-PERFORMANCE PHASE-CHANGE THERMAL ENERGY STORAGE USING SPHERICAL CAPSULES

A theoretical and experimental investigation of the transient thermal characteristics of a phase-change thermal energy storage (TES) unit using spherical capsules is presented. A simulation program that considers rigorously transient aspects of both the surrounding heat transfer fluid and the phase change material (PCM) packed inside the spherical capsule is developed. The overall thermal response of this TES unit is described with variation of the capsule diameter, the flow rate, and the kind of PCMs, etc. The simulation results are then compared with experimental observations.

Furthermore, a unique device employing a heat pump is presented to overcome the supercooling problem which has been one of the most serious problems (especially for inorganic hydrates) in the phase-change thermal energy storage.     

用于储存自然冷能的相变材料制备及蓄冷特性

自然冷能作为新能源中的一种,清洁无污染且资源丰富,其开发利用的前景广阔。然而自然冷能的温差较小且很难直接利用,需要通过一个特殊的系统装置储存,而其核心部分是相变储能材料的制备。文中选取CaCl2.6H2O为主料,通过实验的方法研制了一种相变温度为29℃左右适合储存自然冷能的相变材料,得到20 g CaCl2.6H2O+质量分数2%SrCl2.6H2O+1 g羧甲基纤维素钠的蓄热体系比较稳定,其过冷度为1.8℃且无明显相分离现象。同时还采用了参比温度曲线法对该材料的相变潜热进行了测算,其相变潜热为144 kJ/kg。