十二水硫酸铝铵相变储能材料应用基础研究

发布时间：2020-07-24 17:49

【摘要】：随着科技的进步和工业水平的不断提高,能源消耗日益加重。随之而来的环境污染、温室效应等问题日益突出。在经济转型、能源发展的新时代,人们的环保理念及物质需求等方面逐步提升,优化能源结构,寻求绿色高效的新能源迫在眉睫。相变储热技术是利用相变材料在物态变化过程中吸/放热的特性进行热量的存储和释放的一种新技术,它能够解决热能供求、调配不协调等问题,缓解能源紧张的压力,是一种顺应时代发展需求、新型高效的绿色能源技术。结晶水合盐类相变材料是中低温相变材料中具有代表性的一类储热材料,它具有熔化潜热大、储能密度高、性能稳定、价格低廉,与有机类相变材料相比,具有较高的导热系数、不可燃等优点。本课题选用十二水硫酸铝铵(NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O)为研究对象,该结晶水合盐相变材料的显著特点是熔化-结晶过程中不会发生相分离现象,储热性能较稳定,可以广泛应用于工业余热回收、工业农业用热、建筑墙体防火材料等领域,是极具开发和应用价值的一种相变储热材料。目前,关于NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O相变材料的研究较少,一些应用基础问题未得到解决,阻碍了该相变材料应用和发展。本课题在实验的基础上结合应用要求,主要对NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O导热性改善和过冷问题进行较深入的研究。本文首先测试了NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O基本的储热性能。利用导热系数测试仪测得纯的NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O的导热系数为0.599 W/m·k,通过加热-冷却循环实验测得纯的NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O的相变储热时间为2573s,过冷度为42.7℃。采用差示扫描量热法(DSC)测试了其相变点为93.7℃,相变潜热为269.49 J/g,与文献报道一致。在此基础上,研究了不同物质对其导热率和过冷度的影响,确定了石墨烯微片和CaCl_2·2H_2O为其理想的导热增强剂和成核剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、显微拉曼光谱分析仪对NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O复合相变材料的微观形貌进行了分析,得知石墨烯微片和CaCl_2·2H_2O在NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O基体中分散性良好。X射线衍射仪(XRD)测试表明,石墨烯微片和CaCl_2·2H_2O能够促进NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O的异相成核,复合前后NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O的晶体结构基本不变。三者之间只是简单的物理复合,对NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O的相变过程不产生影响。经过多组加热-冷却循环实验,对比实验结果,最终确定NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O+1 wt%CaCl_2·2H_2O+2.5 wt%石墨烯微片为最佳复合配方,导热效果最好,相变储热时间稳定在1892s左右,比纯的NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O提高了26.4%。过冷度稳定在24.43℃左右,比纯的NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O减小了42.7%。改性后的NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O相变材料,其导热性和过冷度都有较大程度的提高和改善,对促进该相变储热材料的实际应用具有重要意义。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34
【图文】：

导热材料,微片,升温曲线,导热系数

图 3.2 添加了不同导热材料的 NH4Al(SO4)2 12H2O 样品升温曲线导热系数测定为了进一步确定石墨烯微片的加入对 NH4Al(SO4)2 12H2O 导热系数的影响，分

微片,石墨

山东建筑大学硕士学位论文NH4Al(SO4)2 12H2O复合相变材料，使储热时间分别缩短了4%，明石墨烯微片的加入有利于提高 NH4Al(SO4)2 12H2O 相变材料导热越快。这是由于超高比表面积[53]的石墨烯微片在 NH4Al(S整的导热网络，以及石墨烯微片本身具有超高的导热系数作为。

微片,石墨

图 3.5 不同石墨微片含量的 NH4Al(SO4)2 12H2O 复合相变材料(a)开始熔化时间和(b)相变储热时间3.5 石墨烯微片含量对过冷度的影响石墨烯微片在提高传热效率的同时，必然影响降温过程。图 3.6(a)为不同石墨烯微

【参考文献】