介孔材料界面效应对混合硝酸盐复合相变材料热输运特性的影响

随着化石燃料的快速消耗,能源安全、气候变化问题日益突出,清洁、可持续能源发展技术及储能技术的研究成为热点。本文采用分子动力学模拟和实验研究相结合的方式,展开界面效应对混合硝酸盐复合相变材料(CPCM)热输运特性的影响研究。首先分别采用激光导热仪和差示扫描量热仪测试了CPCM的热导率和比热容。然后使用Materials Studio软件建立共晶状态下不同NaNO_(3)和KNO_(3)配比、不同骨架的CPCM模型,对其热导率和定压比热进行分子动力学模拟计算,通过径向分布函数、界面结合能和体热膨胀系数的变化分析了实验结果的内在机制,进而深入分析了界面效应与混合硝酸盐配比对热物性影响的竞争关系。结果表明:NaNO_(3)与KNO_(3)质量比为4∶6时离子间相互作用弱于其他配比,界面结合能最大,热导率最大。界面结合能的增加对热导率的增强强于离子间相互作用的减弱对热导率的削弱,界面效应在CPCM热导率的变化中占主导地位;CPCM定压比热受离子对比例变化及骨架材料变化的影响,界面结合能及离子间相互作用对定压比热没有明显影响。

低熔点四元硝酸盐基定型复合相变材料的制备与研究

采用冷压-热烧结方法制备研究了一种形态稳定的硝酸盐基复合相变材料,该材料具有较低的熔点和较宽的温度使用范围,适用于中低温领域的热能储存。研究选取NaNO_(3)-NaNO_(2)-KNO_(2)-LiNO_(3)共晶四元硝酸盐为相变基体材料,氧化镁为结构支撑材料,石墨为导热增强剂,并对其微观结构、化学相容性、热物理性能和循环稳定性进行了一系列表征,结果表明:在烧结前后四元硝酸盐、氧化镁以及石墨之间不发生化学反应,具有良好的化学相容性及化学稳定性。在不同质量比的样品中,四元硝酸盐与氧化镁质量比为6∶4时,为复合材料的最佳配比,且其负载质量分数8%的石墨后,仍表现出优异的结构稳定性;该复合材料的熔点较低,约为70℃,分解温度达到610℃;在50~580℃的温度范围内,具有超过749 kJ/kg的储能密度;添加8%的石墨后复合材料的热导率从0.41 W/(m·K)提高到了0.77 W/(m·K);经150次循环后,复合材料表现出良好的热循环稳定性。这种具有低熔点、宽温域的盐基复合材料是中低温热能存储的有力候选者,本研究为其在中低温领域的应用提供了实践依据。

缓释盐化物复合相变材料沥青混合料的制备

在沥青混合料中外掺填料是较常规的做法,制备具有自融雪功能的沥青混合料同样可以参考外掺填料的做法,在搅拌沥青混合料的过程中直接加入外掺填料,充分搅拌均匀后即可。在沥青混合料中加入制备好的缓释盐化物以及复合相变材料可以使路面拥有自融冰雪的功能,在加入这两种外填料的过程中,需要减少矿粉的加入,即缓释盐化物替换了部分矿粉,复合相变材料直接作为外添加剂加入混合料中进行搅拌。外填料的选择需要考虑添加料对沥青混合料的影响,若有不利于沥青路面正常使用的因素在内,则不能作为沥青混合料填料的形式出现。

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.

基于复合相变材料的锂电池热管理系统研究进展

随着锂离子电池的广泛使用,其热安全性问题也日益突出。结合复合相变材料的研究进展及关键技术,主要对基于复合相变材料在电池热管理系统中的应用进行了阐述。本文针对复合相变材料的改性优化和锂离子电池热管理系统的研究,根据电池冷却散热使用的材料和系统不同,着重介绍了锂离子电池常用的冷却方法,包括空气冷却、液体冷却、相变材料冷却、热管冷却、热电冷却和多种耦合方式冷却,与使用某单一方法相比,多种耦合的热管理系统不仅能提高散热效率,还可以改善电池温度的均匀性。最后,针对目前常用的电池热管理系统中存在的问题提出了合理化建议,对今后电池热管理的发展方向具有一定的指导意义。

四元硝酸盐/MCM41多孔复合蓄热材料的制备及稳定性研究

为获得稳定性良好的复合蓄热材料,以四元硝酸盐为相变材料,MCM41为基体材料,按照四元硝酸盐与MCM41不同质量配比,制备得到四元硝酸盐/MCM41多孔复合蓄热材料。经过100次热循环试验后验证了复合材料的化学稳定性及热稳定性。X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征结果表明,复合材料在热循环前后化学组分没有变化,具有较好的化学稳定性。差示扫描量热法(DSC)曲线分析结果表明,复合材料熔点、熔化潜热值在热循环实验前后变化不大,热稳定性较好。复合材料密度随四元硝酸盐比例增加而增大,抗压强度在四元硝酸盐与MCM41质量比为6∶4时最大。结合材料的热物性及密度和抗压强度参数,认为四元硝酸盐与MCM41质量比为6∶4时是最优配比。

可用于低中温热能储存的四元硝酸盐/埃洛石/石墨定型复合材料的制备与研究

本工作报道了一种通过冷压-热烧结法制备的具备低熔点、宽温域的复合定型相变材料,其中相变基体材料为硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙的共晶硝酸盐,结构支撑材料为埃洛石纳米管,导热增强材料为石墨。利用差示扫描量热仪、激光导热仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪等测试手段对复合相变材料的储热性能和物理化学性能进行实验研究,结果表明:复合材料的相变温度和分解温度分别为91.3℃和627.5℃,可使用温度区间为536.2℃,优于目前文献已有报道数据。在温度为25~625℃内,其储热密度达到630.15 kJ/kg;添加10%的石墨后复合材料的热导率从0.58 W/(m·K)提高到了1.18 W/(m·K);由于埃洛石纳米管具有中空管状结构,经高温烧结后四元硝酸盐能够吸附在埃洛石纳米管中,能有效解决熔盐材料的腐蚀、泄漏以及热分解问题;埃洛石纳米管和石墨的加入没有与熔盐材料发生化学反应,证明了复合材料具备良好的化学稳定性。经100次循环后,复合相变材料的相变温度和相变潜热波动值小于3.5%,具有较好的循环稳定性。本研究丰富了熔融盐复合相变材料的配方体系和使用温度范围,为其在工业余热回收以及低中温储热领域的应用提供了基础。

月桂酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能

以理论计算为基础,制备了月桂酸-棕榈酸-硬脂酸三元低共熔混合物(LA-PA-SA)。利用膨胀石墨(EG)的网状多孔结构,制备了最佳质量配比为15:1(LA-PA-SA:EG)的LA-PA-SA/EG复合相变材料。综合利用FT-IR、SEM、DSC、冷热加速循环和蓄放热实验等对复合相变材料的结构和性能进行了研究。结果表明:LAPA-SA通过物理吸附作用均匀分布于EG的多孔结构中;复合相变材料的熔化和凝固温度分别为32.1℃和30.3℃,熔化和凝固潜热分别为143.2J·g-1和143.1J·g-1;经过1000次冷热循环后具有良好的热稳定性和化学稳定性;EG的高导热性加快了复合相变材料的蓄放热速率。

相变材料在沥青混合料中的研究进展

基于相变材料应用于沥青及其沥青混合料中的研究现状,分析了适用于沥青混合料的相变材料种类以及相变材料的掺入方式,讨论了相变储热沥青混合料高温降温性、低温抗冰凝性的研究进展,并提出相变材料在沥青路面工程中应用的发展方向。

MA-SA/蒙脱土复合相变贮能材料的制备

用DSC法研究了豆蔻酸(MA)和硬脂酸(SA)二元混合物的热性能,确定了MA-SA二元低共熔物的组成为67.00:33.00,相变温度为43.13℃;在此基础上,研究了MA-SA二元低共熔物/蒙脱土复合贮能材料的制备方法,并用XRD、IR和DSC等方法对复合材料的结构和性能进行了表征与测试。研究结果表明:MA-SA被有效地包封在蒙脱土层间,制得复合材料的相变温度为41.86℃,相变焓为130.32J/g,贮能性能满足调温纺织品的要求。

表面活性剂协同超声分散制备还原氧化石墨烯@月桂酸-棕榈酸复合相变材料及其表征

相变储能材料因能有效地解决能量供求中时间和空间不匹配的矛盾而备受关注。本实验首先采用熔融共混法制得月桂酸(LA)-棕榈酸(PA)低共熔混合物后,将其与还原氧化石墨烯(RGO)混合,通过超声分散制得还原氧化石墨烯@月桂酸-棕榈酸(RGO@LA-PA)复合相变材料。FT-IR、Raman、SEM、DSC和形貌稳定性的分析结果表明,RGO与LA-PA是以物理方式结合,所添加的RGO能对材料形成均匀包覆,仅1%(质量分数)的RGO就能使其导热系数提升20%为0.426 W·m^(-1)·K^(-1),相变潜热为159.9J·g^(-1),起始分解温度提高2℃;经100次热循环后,其相变潜热仅下降2%,说明RGO包覆相变材料后提高了其导热性能,改善了其渗漏现象,同时该复合相变材料还具有良好的热稳定性。

癸酸-石蜡二元低共熔复合相变材料的制备及性能研究

为充分利用冬季太阳辐射热,将传统建筑材料与相变材料结合形成新型绿色建筑材料,可充分发挥其储能控温特性,并缩短热量被吸收进室内的时间,降低冬季采暖能耗,实现建筑节能。利用熔融共混法制备了质量配比为0.81∶0.19、共晶温度为27.4℃的癸酸-石蜡(CA-PC)低共熔复合相变材料。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对该二元低共熔物的化学结构进行分析,发现CA与PC是通过物理作用结合的,无新物质产生;并且通过500次加速冷热循环实验,证实了CA-PC复合相变材料具有良好的热循环稳定性。此外,由差示扫描量热仪(DSC)分析得到CA-PC的相变温度为27.0℃,相变潜热为153.7 J/g,这一结果与步冷曲线所得的共晶温度相吻合,进一步表明了该复合相变材料在用于制备新型建筑储能材料领域极具发展潜力。

石墨/Ba(OH)_2·8H_2O复合相变材料的制备及热性能

以BaCO_3、CaCl_2、NaCl为成核剂,进行Ba(OH)_2·8H_2O的成核剂筛选实验。采用超声波震荡法,制备不同质量分数的石墨/Ba(OH)_2·8H_2O复合相变蓄热材料体系。对该复合相变蓄热材料体系进行步冷曲线、DSC、导热系数测试和红外成像表征,结果表明:添加1%~2%的BaCO_3不仅可使Ba(OH)_2·8H_2O的过冷度小于1℃,并可延长相变潜热放热时间;石墨粉可有效提高Ba(OH)_2·8H_2O的导热系数和相变稳定性,但添加量应小于0.3%,过量会导致相变潜热值下降和石墨粉在基体材料中的团聚。

新型建筑用二元复合定型相变材料的制备及性能评价

针对建筑节能领域,提出了一种由十二醇(LA,C12H26O)和硬脂酸(SA,C18H36O2)组成的具有适宜相变温区且相变潜热较高的二元相变材料LA-SA,并以膨胀珍珠岩和陶粒为多孔吸附材料制备出复合定型相变材料,探究了不同吸附材料对于定型相变材料热物性的影响。二元相变材料LA-SA的最优配比为质量分数82%十二醇+18%硬脂酸,其熔融相变温度为21.3℃,相变潜热为205.9 kJ/kg,且热稳定性能良好。以膨胀珍珠岩和陶粒为吸附材料,通过真空吸附法制备出了两种建筑用定型相变材料,并对其进行了SEM、FTIR、TG及DSC性能表征,结果表明:LA-SA与两种吸附材料的复合过程仅为物理吸附且复合良好,吸附后的定型相变材料的相变潜热有一定的降低;相比于陶粒,膨胀珍珠岩对相变材料的吸附率较高,且对相变材料热性能影响较小;LA-SA/膨胀珍珠岩熔融相变温度为22.7℃,相变潜热为165.3 kJ/kg,可应用于建筑节能材料的制备。

膨胀石墨基二元复合相变材料的制备及结构特性研究

膨胀石墨基二元复合相变材料具有相变过程无液相相变材料泄漏以及储能密度大等优点,并在建筑节能领域中具有较好的应用价值。首先,采用步冷曲线法确定CA-PA二元低共熔混合物的最佳配比为CA含量86%,相应的PA含量为14%,此时对应的共晶温度为22.1℃,通过差示量热(DSC)得到CA-PA的熔化温度与潜热分别为21.78℃与154.7J/g,该温度值与通过步冷曲线测得的结果相符合。再采用物理吸附法制备了癸酸-棕榈酸/膨胀石墨(CA-PA/EG)复合相变材料,其中CA-PA与EG的最佳质量比例为8∶1。利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)研究了复合相变材料的微观形貌和结构特征,发现CA-PA依靠物理作用均匀分布于EG的孔隙中,且其经过1000次加速冷热循环后基本没有液相二元相变材料泄漏。因此,该CA-PA/EG复合相变材料可作为建筑节能和空调冷凝热回收等领域的候选材料。

三元复合相变蓄冷材料的制备及传热性能优化

为寻找高潜热的复合相变蓄冷材料,以正癸酸(DA)、十二醇(LA)、十四烷(TD)3种有机物为原料,通过低共熔法得到高潜热的TD-LA二元混合物(质量比为0.68∶0.32),利用此二元混合物为主储能剂,以DA为温度调配剂,制备得到新型三元有机复合相变蓄冷材料。通过DSC测试进行筛选,得到TP(TD∶LA∶DA质量比为0.598∶0.282∶0.12)。针对其热导率低的缺陷,利用膨胀石墨(EG)独特的多孔结构和高吸附性,制备得到高导热复合相变材料TP/EG,并对TP/EG进行100次高低温循环实验。结果表明,TP的相变温度为1.1℃,相变潜热为258.3 J/g,热导率为0.201 W/(m·K),加入EG后得到TP/EG(最优质量比为15∶1),热导率为1.528 W/(m·K),热导率提高7.6倍。在循环过程中热性能均未发生太大变化,具有良好的热稳定性,在冷链物流中具有较大的应用价值。

月桂酸-十四酸/纳米二氧化硅/活性炭复合相变储能材料的制备与性能研究

以月桂酸-十四酸(LA-MA)二元共晶混合物为相变材料,纳米二氧化硅(nano-SiO_(2))为支撑材料,活性炭(AC)为导热剂,采用熔融共混法制备了具有高导热系数的LA-MA/nano-SiO_(2)/AC复合相变材料。泄漏性测试表明吸附在nano-SiO_(2)中的LA-MA最佳质量分数为60%。热常数分析仪测量结果表明,当AC质量分数为5%时,复合相变材料的导热系数为0.247W/(m·K),比未添加AC的复合相变材料提高了41.95%。差示扫描量热分析结果表明,AC质量分数为5%的复合相变材料熔融温度为30.3℃,相变潜热为71.7kJ/kg。此外,通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和热重分析仪对复合相变材料的微观结构、化学组成和热稳定性进行了分析。结果表明LAMA/nano-SiO_(2)/AC复合相变材料具有良好的热稳定性、热能储存特性,在建筑领域具有广阔的应用前景。

癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料的制备及性能

通过物理吸附法将癸酸-石蜡(CA-PC)二元低共熔混合物与膨胀石墨(EG)复合形成癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料,实验结果显示,CA与PC、CA-PC与EG的最佳质量配比分别为8.1∶1.9和7∶1。利用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析了定形相变材料的微观形貌和结构特点,发现CA-PC/EG的FTIR曲线上同时存在二元低共熔混合物和膨胀石墨的特征吸收峰,表明二元低共熔混合物与膨胀石墨之间没有发生化学反应,二者依靠表面张力和毛细力作用在一起,并且CA-PC二元低共熔混合物依靠物理作用被有效包封于EG的孔隙中,经过1000次加速冷热循环后,基本没有液态二元复合相变材料泄漏。通过差示扫描量热仪(DSC)得到CA-PC/EG的熔化温度和凝固温度分别为27.04℃和22.26℃,熔化潜热和凝固潜热分别为144.4J/g和133.7J/g,且EG的高导热性促进了CA-PC的蓄放热速率。同时,根据热重分析(TG)与蓄放热实验结果发现其拥有优良的热可靠性和耐热性能。因此,该CA-PC/EG定形相变材料是一种良好的低温储能材料。

相变墙房间复合墙板性能优化研究

目的由于相变墙板特殊的传热性能及不同的外界条件,有必要对相变墙板性能进行优化,使得相变墙板在设计和使用性能上得到改善.方法通过计算基材和相变材料混合制得的相变墙板的当量导热系数、分析相变材料在相变墙板中相对密度与吸放热关系、利用拉式变换法给出板壁围护结构的传递矩阵,对相变墙房间的复合墙板性能进行优化研究.结果得到以石膏板为基材制得相变墙板的当量导热系数要大于以麦壳石膏板为基材的相变墙板的当量导热系数.从热流的角度分析,墙板厚度增加一倍在单位时间内单位面积通过墙板的传热量就会减少50%.结论选用导热系数大的基材有利于墙体中相变材料的蓄热和放热,及相变墙板的选择应尽量采用薄的、相变材料(PCM)相对密度大的墙板.同时为了获得对外扰较大的衰减和延迟应将相变墙板放在房间内表面.

碳酸盐复合蓄热材料的制备及热物性研究

以二元碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3,BC,62:38,摩尔比)和三元碳酸盐(K_2CO_3-Li_2CO_3-Na_2CO_3,TC,1:2:1,摩尔比)为相变材料,以氧化镁为基体材料,通过混合烧结法制备陶瓷基复合蓄热材料。二元碳酸盐复合材料(BCC)和三元碳酸盐复合材料(TCC)的熔点与相应混合碳酸盐的熔点相近,分别为465.1℃和386.4℃,并在其最高使用温度(800℃)范围内维持较高的比热容;且复合材料的潜热值均大于150.0 J/g。基于XRD和SEM的表征分析,两种复合蓄热材料具有较好的化学稳定性,且基体材料能很好地混合支撑相变材料。两种复合材料分别进行50次热循环,其热物性参数没有发生明显变化,具有较好的热循环稳定性。