水合盐相变储能材料循环稳定性的研究

发布时间：2020-05-08 00:21

【摘要】：随着能源短缺和环境污染问题日益严重,相变储能材料以潜热储存的方式有效解决了能源在时效与储量方面的供求矛盾,因而受到广泛关注。在实际工程应用中相变储能材料往往需要经历上千次熔化/凝固循环,要求相变材料具有良好的循环稳定性能,这也是相变材料得以成功应用的关键因素。无机水合盐是适于0-150℃温度范围的典型相变储能材料,具有来源丰富、成本低廉和单位储能密度大等优点,但过冷和相分离问题严重影响其储热稳定和使用寿命。因此本课题通过不同的手段提高水合盐即十二水磷酸氢二钠的循环稳定性,以获得过冷度小,相分离有效改善,具有潜热高且循环稳定性良好的相变储能体系。本研究的主要内容及成果如下:首先以十二水磷酸氢二钠为主相变材料,膨胀石墨为支撑材料制备无机-无机复合相变材料。结果表明,随着膨胀石墨质量分数的增大,复合材料的相变温度和相变潜热有所降低,过冷度呈现先降低后增大的趋势,当膨胀石墨质量分数为9%时能有效抑制过冷;将复合相变材料进行300次熔化/凝固热循环,结果发现,300次循环前后相变温度变化不大,过冷度有所减小,相比较纯十二水磷酸氢二钠,复合材料的相变潜热衰减明显减缓,在实验范围内,膨胀石墨含量越大,复合材料的潜热衰减越慢,当膨胀石墨的用量为11%,九水硅酸钠为4%时,体系稳定性较高,经300次循环后相变潜热衰减率仅为26.13%。其次,通过添加增稠剂和成核剂改善水合盐的不足,并对体系的热物性和循环稳定性进行研究。结果表明,添加1%聚丙烯酸钠能有效抑制十二水磷酸氢二钠的相分离现象,以焦磷酸钠、聚乙二醇和二氧化钛作为成核剂均可有效抑制其过冷现象。对上述三种成核剂体系进行300次长期熔化/凝固循环试验,以相变温度、过冷度和相变潜热为评价指标,结果表明,增稠剂为1%聚丙烯酸钠,成核剂为3%二氧化钛的十二水磷酸氢二钠体系的相变潜热较高,过冷度较小且性能长期维持稳定。此外,水合盐体系的循环储热稳定性与固态晶体颗粒的尺寸存在一定关系,相变材料的平均颗粒尺寸越小,其储热循环稳定性越好,反之越差;最后,以1%聚丙烯酸钠为增稠剂,3%二氧化钛为成核剂的十二水磷酸氢二钠相变材料作为保温剂,设计温控包装试验评估相变材料的保温效果,结果表明,保温剂在-10℃恒温环境下经历12h后,EPS保温箱内的温度保持在30℃以上,保温效果良好;本研究的创新性在于对含增稠剂与成核剂的十二水磷酸氢二钠体系进行循环稳定试验,发现循环储热稳定性与固态晶体颗粒的尺寸存在一定关系。相变材料的结晶颗粒尺寸越小,其储热循环稳定性越好,反之越差。因此,可通过制备微小颗粒的晶体,且在循环过程中保持颗粒尺寸大小不变的方法获得具备良好的储热循环稳定性的体系,为其他水合盐的稳定性研究提供思路。
【图文】：

固液相变,储热,机制

[1]。图1-1 固液相变材料的储热机制Fig.1-1 Thermal storage mechanism of solid-liquid phase change material

相变材料,水合盐

1.1 相变材料的分类如图 1-2 是相变材料根据化学成分的分类方式。图1-2 相变材料的分类Fig1-2 Classification of phase change materials1.1.1 无机相变材料无机相变材料主要包括无机水合盐类、熔融盐类及金属与合金类。表 1-1 常见无机水合盐的相变温度与相变潜热Tab.1-1 Phase change temperature and phase change latent heat of partially inorganic hydrated相变材料相变温度（℃）相变潜热(kJ/kg)H2O 0[2]333[2]LiClO33H2O 8.1[3]253[3]KF 4H2O 18.5[4]231[4]Mn(NO3)26H2O 25.8[5]125.9[10]CaCl26H2O 29[6]190.8[5]LiNO33H2O 30[4]296[5]Na2SO410H2O 32.4[7]254[5]Na2CO310H2O 32 36[8]246.5[8]CaBr26H2O 34[5]115.5[5]Na2HPO412H2O 35.5[9]265[10]Zn(NO3)26H2O 36[5]146.9[5]Na2S2O35H2O 48[5]201[1]Na(CH3COO) 3H2O 58[4]264[11]Na2P2O710H2O 70[4]184[6]Mg(NO3)26H2O 89[4]162.8[5](NH4)Al(SO4) 6H2O 95[4]269[4]MgCl26H2O 117[4]168.6[5]水合盐是无机相变材料中研究最多的一类，该类相变材料所覆盖的熔点范围较广，满足工业应用对相变温度的需求，，储能密度大，导热系数高且成本低廉，来源丰富等优势，因而受到青睐。表 1-1 罗列了常见的无机水合盐的相变温度与相变潜热[12]，水合盐
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

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