低共熔物相变储能复合材料的制备与热性能

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相变储能技术是指在相变储能材料发生相变的过程中将热能存储起来,并且需要时再将储存的热能释放出来。该技术能够提高能源利用率,达到节能降耗目的,目前已成为解决能源问题的重要手段。相变材料以其相变过程近似等温、储能密度大、相变时体积变化小、无腐蚀无污染被广泛建筑节能、废热利用、太阳能存储、军事等领域。本文以十四醇(TD)、十六醇(HD)、棕榈酸(PA)、硬脂酸(SA)为原料,通过熔融法制备十四醇-棕榈酸(TD-PA)、十四醇-硬脂酸(TD-SA)和十六醇-硬脂酸(HD-SA)低共熔相变材料。根据施罗德公式初步计算低共熔物的摩尔组成和相变温度,在此摩尔配比附近采用步冷曲线法进一步确定三种低共熔物的摩尔组成分别为TD:PA=0.841:0.159、TD:SA=0.885:0.115和HD:SA=0.81:0.19。通过DSC测试,获得TD-PA、TD-SA、HD-SA的相变温度分别为34.07°C、33.30°C、45.83°C,相变焓值分别为154.8 J/g、389.4 J/g、259.4 J/g。以制备的低共熔材料TD-PA和HD-SA为相变主体,九水合硅酸钠为硅源材料,通过低温固相化学合成方法制备出二氧化硅包覆TD-PA和HD-SA的复合相变储能材料。实验采用IR、ESEM、DSC以及XRD等对复合相变储热材料进行了结构、形貌以及热性能表征。结果表明:SiO2包覆制备的定形复合材料有明显的硅氧键,且相变主体材料低共熔物的烷烃链没有发生改变,制备出的两种复合材料形状不规则,基体分散均匀,二氧化硅包覆效果好。当低共熔材料与九水合硅酸钠质量比为5:2时可实现复合材料的有效包覆,TD-PA/SiO2和HD-SA/SiO2复合材料的相变焓值分别为87.07 J/g和79.69 J/g,相变温度分别为34.07°C和43.88°C。以制备的TD-PA和HD-SA为相变材料,竹炭为基体,在真空吸附下制备了TD-PA/竹炭和HD-SA/竹炭两种复合材料。通过红外和XRD测试分析,竹炭对低共熔物的吸附只是物理吸附,没有新的化学键的形成,靠的是分子间作用力。通过热重TGA测试分析,竹炭对低共熔物的吸附增加了低共熔物的传热性能,提高了复合材料的导热系数。通过DSC测试表明TD-PA/竹炭和HD-SA/竹炭的相变温度分别为34.17°C和45.29°C,相变焓分别为58.57 J/g和68.85 J/g。以六水硝酸镁和六水硝酸锌为相变材料,通过熔融共混法制备低共熔相变材料Mg(NO32?6H2O-Zn(NO32?6H2O。通过DSC测试,得到该低共熔相变材料的相变温度为44.35°C,相变焓值为139.9 J/g。
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