凹凸棒土基高导热复合相变储能材料制备及性能研究

发布时间：2020-08-27 22:25

【摘要】：矿物基复合相变储能材料作为一种环境友好型高效储能材料在太阳能储热系统中具有广泛的应用前景。但是大部分矿物材料的低导热性限制了矿物基复合材料在使用过程中储放热效率。因此矿物基复合相变材料的高导热改性具有重要的研究意义。本论文以我国丰富的凹凸棒土资源为基体制备低成本性能稳定,呈相变温度梯度变化的系列复合相变储能材料,并采用不同工艺在导热增强方向展开研究,取得一些重要研究成果。采用真空浸渍法制备系列复合相变储能材料Atta/LA、Atta/PA和Atta/DA。通过热活化和酸活化复合改性,凹凸棒土物相中白云石杂质相消失,纯度提高,比表面积由143.38 m~2/g提高到222.23 m~2/g,而且相变材料LA、PA和DA的吸附率分别达到51.0%、50.8%和51.3%。Atta/LA、Atta/PA和Atta/DA三种复合相变材料具有良好的形态稳定性,梯度增加的相变温度、储能密度高、稳定性良好、相变焓分别为94.6 J/g、107.5 J/g和84.6 J/g,均高于已有文献报道值;同时导热性能均得到增强,分别达到0.22 W/(m·K)、0.24 W/(m·K)和0.22 W/(m·K)。采用高功率超声分散工艺一步法将纳米Cu分散于相变材料,2 wt.%为最佳Cu粉添加量。LA@Cu、PA@Cu和DA@Cu导热系数相对于纯相变材料LA、PA和DA分别提高了106.3%、105.6%和100.0%。Atta/LA@Cu、Atta/PA@Cu和Atta/DA@Cu三种复合相变材料具有良好的热稳定性和循环稳定性。Cu粉和Atta对相变材料LA、PA和DA的导热性能具有协同增强效果,导热系数分别达到0.46 W/(m·K)、0.45 W/(m·K)和0.43 W/(m·K)。以石墨粉(GP)为导热增强剂,通过超声分散工艺得到不同粒径Atta与GP相互交错分布的Atta/GP复合矿物高导热基体,并制备了Atta/GP/LA、Atta/GP/PA和Atta/GP/DA系列复合相变储能材料,三种复合相变储能材料具有高的储能密度,优异的热稳定性和循环稳定性。过冷度分别降低了1.4℃、0.6℃和1.5℃。导热系数分别达到了0.41 W/(m·K)、0.39 W/(m·K)和0.37 W/(m·K),较纯相变材料提升了156.3%、133.3%和117.6%,相应的蓄放热时间也大大缩短。采用液相还原法通过还原四水氯化亚铁在凹凸棒土棒晶聚集体表面和孔隙中反应生成纳米Fe颗粒,纳米Fe质量分数为2.34%。通过真空浸渍法制备Atta@Fe/LA、Atta@Fe/PA和Atta@Fe/DA系列复合相变储能材料,相变材料负载量分别达到58.2%、57.3%和59.1%。基体Atta@Fe与相变材料通过物理和化学吸附作用相结合的方式复合,Atta@Fe/LA、Atta@Fe/PA和Atta@Fe/DA相变温度具有梯度变化的特点,适用于不同温度需求的太阳能储热系统。相变焓分别为87.0 J/g、110.1 J/g和99.6 J/g,均具有良好的热稳定性和循环稳定性。Atta@Fe导热率达到0.50 W/(m·K),Atta@Fe/LA、Atta@Fe/PA和Atta@Fe/DA导热率分别达到0.28 W/(m·K)、0.34W/(m·K)和0.36 W/(m·K)。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34
【图文】：

图 1-1 相变储能过程图（马艳红，2013）能材料的储热过程如图 1-2 所示，当环境温度过高时，相热，随着温度的上升，储热量逐渐增加，当温度达到相变储热（相变储热），潜热储热量大，并且温度基本不发生熔化后，继续进行显热储热，当相变材料温度无限接近成。放热过程相反。相变材料储热过程的储热量可以通过Q = ∫TT0Cs× m + H × m + ∫T1TCl× mQ 为储热过程总热量；Cs为相变材料固相比热容；Cl为m 为相变材料质量；T 为相变材料相变温度；T0为相变材变材料最终温度；ΔH 为相变材料相变潜热。

图 1-2 相变材料储热过程基本原理图（Mondieig, D.，2003）相变储能材料分类变储能材料按不同的分类方法有不同的分类方式，如图 1-3 所示。，分为有机相变材料和无机相变材料两大类。无机相变材料主要包属合金等，具有储能密度高、导热率高和体积变化率小等优点，缺冷和相分离现象；有机相变材料主要包括石蜡、脂肪酸和多元醇等性小、循环性能稳定，缺点是导热系数小，密度小，单位体积储能密表 1-2 各温度区常见相变储能材料及其热物理性能度范围 ℃ 相变材料 相变温度 ℃ 相变潜热水 0 335石蜡 15-60 130-28脂肪酸 20-80 150-25低温区0-120结晶水和盐 30-50 170-27

物态转变形式，分为固-液、固-固、固-气以及液-气相变 M. M.，2004）。由于固-气和液-气相变过程中气态会占据大量，使用安全性较低。因此，目前应用最广泛的是固-固和固-料。固-固相变储能材料主要是一些多元醇、接枝共聚物和高固相变储能材料在相变过程中体积变化小，无液相产生，使用，成本较低，并且无腐蚀性，过冷度小。但是此相变材料相变相变储能材料小，并且在相变过程中，由固体晶体转变为塑性致性能衰减。固-液相变储能材料主要有无机水和盐、石蜡和材料相对于固-气和液-气相变材料具有低的体积变化率，使用安固相变材料具有高的储能密度，因此，固-液相变材料是目前储能材料，本论文后续内容所提到的相变材料均为固-液相变

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 孔凡鑫;;相变储能材料应用于供热管道保温的可行性综述[J];能源与环境;2019年02期

2 王巧玲;;相变储能材料与纺织基材结合的加工工艺[J];广东蚕业;2019年05期

3 李碧海;;无机室温相变储能石膏板的应用探讨[J];信息记录材料;2019年10期

4 陈明;;相变储能蜡的研发与应用[J];化工管理;2018年20期

5 赵雅楠;康智强;;相变储能技术分析及材料应用[J];科技风;2018年23期

6 黄平;丁益民;胡婷;戎天任;;复合相变储能材料的制备及应用研究进展[J];化学教育;2016年24期

7 郑涛杰;陈志莉;;水合盐相变储能材料在太阳能融冰雪实验系统中的应用研究[J];重庆大学学报;2018年10期

8 肖力光;赵明月;;石墨烯在定形相变储能材料中的应用[J];北方建筑;2016年01期

9 傅一波;王冬梅;朱宏;;低温相变储能材料研究进展及其应用[J];材料导报;2016年S2期

10 何翔宇;高明明;;用于融雪化冰的低温相变储能材料的研制[J];信息记录材料;2017年06期

相关会议论文 前10条

1 王建平;杨睿;;石蜡基相变储能材料的阻燃研究[A];2014年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集（上册）[C];2014年

2 赵杰;唐炳涛;张淑芬;杨振宇;贾超;;相变储能材料在工业余热回收中的应用[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（上）[C];2009年

3 赵军宁;孟新;孙立贤;徐芬;;脂肪酸/二氧化硅复合相变储能材料的制备与性能[A];中国化学会第十五届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要[C];2010年

4 高U

本文编号：2806684