三水醋酸钠相变储能性能及机理研究

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无机水合盐三水醋酸钠(SAT)相变材料具有低成本、大的潜热以及58℃左右的相变温度等优点,在建筑采暖、工业余热回收以及太阳能储热等领域具有广阔的应用前景。然而,经过多次熔化凝固循环后SAT的潜热发生严重的衰减,这制约着其大规模的应用。有研究表明增稠剂可以抑制潜热衰减,但SAT潜热衰减的程度和增稠剂抑制潜热衰减的机理尚未深入探讨。另外,SAT相变材料目前所利用的热能主要是余热以及少量太阳辐射带来的热能等,其中太阳能是一种最有前景的清洁能源,但是SAT对太阳能的利用率不高。针对这些问题,本文首先探究了SAT潜热衰减过程以及增稠剂对SAT潜热衰减的抑制机理;其次将光热转换材料与SAT相变材料复合,利用太阳能驱动相变,发挥SAT相变材料的相变储能特性来提高其对太阳能的利用率。首先利用成核剂十二水磷酸氢二钠(DSP)降低SAT的过冷度。将SAT熔化凝固循环200次,对样品的潜热衰减过程、粘度、相组成和微观结构进行了分析。200次循环后SAT潜热衰减了22.44%,这是因为24.1wt%无水醋酸钠沉淀在容器下层形成固液界面,阻止了凝固过程中在界面下的CH3COONa发生相变。从而无储热能力的CH3COONa在底部聚集,导致SAT潜热发生衰减。其次,利用增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)抑制SAT的相分离。含CMC的SAT样品循环后发生相对较轻的相分离,样品潜热衰减程度较小。这是因为3wt%CMC使样品的液态粘度增大,降低了无水醋酸钠的沉降速度,在凝固过程中,大部分的无水醋酸钠可以与液相反应形成SAT,潜热衰减得到了抑制。以钛铁矿作为钛源制备光热转换材料Ti4O7粒子,并采用熔融共混法将Ti4O7粒子与SAT相变材料复合制备一种具备光热转换和热能储存双功能的光热转换相变材料。另外,采用DSP作为成核剂降低过冷,CMC作为增稠剂抑制相分离。在SAT中分别添加不同质量比的Ti4O7粒子。对该光热转换相变材料的光吸收性能、物相、相变性能、热性能、以及光热转换储能性能进行了表征分析。当光热转换相变材料中含有10wt%的Ti4O7(S5D3C10T)时,其具有较优异的光吸收性能的同时还含有大部分的潜热。S5D3C10T在全光谱范围(200-2500 nm)的光吸收率高达93.33%,潜热为228.6 k J/kg。光热转换储能性能测试结果表明S5D3C10T光热转换储能效率达到了76.63%。
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