相变储能是热能储存的一种有效的方式,具有高储能密度,稳定的工作温度等特点。热能储存可以提高能源的利用率,解决能源在时间和空间分配不均的问题。不同的工作时间周期需要与之相对应的能源存储速率;对于相变储能来说,工作介质需要不同的热响应速率。本文主要讨论了通过在复合材料中添加少量的高导热粉末提高定形相变材料导热,以此来满足短时间工作周期的需求。第一章介绍了相变储能技术的概况,包括发展背景、原理、特点和研究范围。第二章研究添加了碳纳米管的共晶相变材料的热性能。第三章介绍了以高密度聚乙烯为基体,利用高导热纳米材料纳米氧化铝、纳米石墨粉、石墨烯和膨胀石墨强化的定形相变材料的制备过程和热物理性能。1.高导热复合相变储能材料基于理论计算,实验制备了拥有合适相变温度的肉豆蔻酸-硬脂酸二元共晶物。差示扫描量热法显示,肉豆蔻酸-硬脂酸共晶物的熔化温度为42.70℃,此时肉豆蔻酸的质量分数为54%。为了增强肉豆蔻酸-硬脂酸共晶物的导热,在共晶物中添加了多壁碳纳米管;并且研究了碳纳米管对于肉豆蔻酸-硬脂酸共晶物的导热的影响。复合相变材料中碳纳米管的质量分数必须大于9%才能不发生分层现象。利用差示扫描量热法和电子扫描显微镜分别研究了复合相变材料的热性质和微观表面形貌。差示扫描量热法实验表明复合相变材料表现出了和肉豆蔻酸-硬脂酸二元共晶物一样的固液相变特性。同时,随着碳纳米管含量的增加,复合相变材料的过冷度有了明显地改善。导热测量仪测定了复合相变材料的导热。实验表明,复合相变材料的导热得到了明显的改善:从原来的0.173 W/(m·K)提高到了 0.213 W/(m· K)(9 wt.%CNT),0.258 W/(m· K)(12 wt.%CNT)and 0.283 W/(m·K)(15wt.%CNT)。有了强化的热力学性质,这样的复合相变材料能更好地应用于建筑体系的能源管理和储存。2.高导热定形相变储能材料为了提高定形相变材料的导热率,两种高导热纳米粉末被添加到了样品中。在改善的定形相变材料中,肉豆蔻酸作为固液相变材料;高密度聚乙烯作为支撑材料来防止熔化的肉豆蔻酸渗漏;而纳米氧化铝和纳米石墨粉作为添加剂用来增强导热。电子扫描显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪分别用来分析样品的微观结构、化学结构以及结晶情况。此外样品的潜热、相变温度、导热以及热稳定性通过差示扫描量热仪、导热测量仪以及热重分析仪来测定。结果表明肉豆蔻酸均匀地分散在高密度聚乙烯基体中。当肉豆蔻酸在复合物肉豆蔻酸-高密度聚乙烯中的质量分数少于70%时才不会在熔化过程中渗漏。差示扫描量热法结果表明改善的定形相变材料有一个比较稳定的相变温度和较高的潜热。定形相变材料的导热分别在肉豆蔻酸固态(30℃)和液态(60℃)测得。当纳米粉末添加剂的质量分数为12%时,定形相变材料在30℃时的导热提高了 95%(纳米氧化铝)和121%(纳米石墨粉)。可以预见定形相变材料在热能储存应用中拥有良好的潜力。由软脂酸和高密度聚乙烯组成的定形相变材料利用石墨烯改善特性。在定形相变材料中,软脂酸作为热存储的固液相变材料;高密度聚乙烯作为作为支撑材料防止熔化的软脂酸渗漏;而石墨烯用来提高定形相变材料的导热以及形状的稳定性。复合物热性质和形状的稳定性随着它们的配比改变而改变。根据傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪的实验结果,复合物有着稳定的化学结构和晶相等优点。差示扫描量热法的结果表明定形相变材料在62℃时有一个比较稳定的熔化温度以及较高的不低于155.8 J/g的相变潜热。利用扫面电子显微镜,我们发现在改善的定形相变材料中,软脂酸均与分散并出现了层状结构。热重分析和热循环测试结果显示改善的定形相变材料有良好的热稳定性;软脂酸的渗漏在添加石墨烯之后有了明显的减少。用导热分析仪测得的导热提高到了 0.8219 W·(m·K)-1,这个数字是在纯定形相变材料情况下的2.5倍,此时的石墨烯含量为4%。可以期望改善的定形相变材料在太阳能和建筑系统中有潜在的应用价值。在混合物十八醇和高密度聚乙烯中添加膨胀石墨以此来获得高潜热高导热的定形相变材料。在混合物中,高密度聚乙烯用来防止十八醇的渗漏,而膨胀石墨则不仅可以用来作为支撑材料就像高密度聚乙烯一样,也可以作为强化导热的添加剂。通过一系列的测量方法,我们研究了膨胀石墨对于十八醇/高密度聚乙烯相变材料热物理性质的影响。有结果表明十八醇和高密度聚乙烯充分的混合,膨胀石墨也均匀地分散在十八醇/高密度聚乙烯复合物中。差示扫描量热法结果表明大约在57℃时有比较稳定的熔化温度,此时的的相变潜热不低于200 J/g。可以发现十八醇的渗漏率在膨胀石墨添加后明显地降低了。此外,膨胀石墨含量为3%的定形相变材料的导热提高到了 0.6698 W·(m·K)-1而不含膨胀石墨的定形相变材料仅仅只有0.1966W·(m·K)-1.最后可以认为,添加膨胀石墨的定形相变材料在热能存储中能够提供可观的相变潜热和高导热。