利用膨胀石墨改进十二水磷酸氢二钠复合相变材料的蓄热性能

发布时间：2021-10-29 13:13

　　在十二水磷酸氢二钠（DHPD）中添加多孔网状膨胀石墨和九水硅酸钠制备得到复合相变储能材料。采用MLA650F电子显微镜、差示扫描量热仪、导热系数测量仪等器材对复合材料进行了结构观察和热性能测试,研究了膨胀石墨对DHPD热物性的影响。实验结果表明:添加4%（质量分数）的膨胀石墨可使DHPD的过冷度由14.3℃降至5.9℃,添加大于6%（质量分数）的膨胀石墨时能够消除DHPD的相分离现象,并且膨胀石墨能够大幅提升复合相变材料的导热率。复合相变蓄能材料较优的组成比例为6%EG+4%Na₂SiO₃·9H₂O+90%Na₂HPO₄·12H₂O,此时复合材料的相变潜热为220.6 J/g,相变温度为33.6℃,导热率为2.42 W/（m·K）,过冷度为1.5℃,比纯DHPD过冷度降低了89.5%,导热率提升了3.4倍。冷热循环300次后,复合材料的相变潜热、导热率、过冷度等热性能稳定良好。 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(18)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

EG和EG/DHPD复合相变材料的SEM图

图2是添加不同质量分数EG的EG/DHPD复合相变材料以及纯净DHPD的步冷曲线，可见纯DHPD液相温度达到结晶温度36.4℃时并未开始结晶，液相温度继续下降到22.1℃时才开始结晶，并放出大量热，出现温度为36.4℃、持续时长为1 200 s的恒温放热平台，说明此次实验纯DHPD的过冷度为14.3℃，过冷度太大，限制了其应用。由图2可见，当EG添加量为0.5%、1%、2%、4%时，过冷度显著降低，依次为12.7℃、11.6℃、9.7℃、5.9℃，说明EG能够改进DHPD过冷度较高的缺陷。根据无机水合盐成核理论[16]，过冷度产生是由于纯净的无机水合盐结晶时需要一定的结晶推动力，消耗其能量，而EG填入到DHPD中成为一种难溶的杂质，为晶体提供了无机水合盐结晶晶格选择位置，DHPD可以沿着EG固体质点表面产生晶核，降低其裸露在液态中的表面积，进而使其表面能降低，过冷度减小。而当EG添加量增加为6%、8%时，过冷度逐步变大，这是由于随着EG质量逐渐增大，膨胀石墨相互粘贴，由颗粒分散状变成板块状，且相变过程中水分子被过多的EG吸附，无法继续成核。

从图3可以观察到，加入晶格类型同为无色单斜晶体的SAT对DHPD过冷度的改善效果甚微，加入1%SAT时效果最好，此时过冷度达到10.7℃，随着SAT质量分数的增大，过冷度逐渐增高，因此不采用SAT作为DHPD的成核剂。由图4可知，加入不同比例BDH后DHPD的过冷度均出现一定程度降低，其中添加1%BDH时过冷度最低，为4.2℃。但BDH质量分数每增加1%，系统过冷度会激增，且循环几次后BDH易沉淀在样品底部，成核效果不稳定，因此不选取BDH作为DHPD的成核剂。

【参考文献】：
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本文编号：3464725