形状稳定的水合盐相变材料的制备及其性能研究

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相变材料是指在特定温度下可以存储和释放大量热能并同时从一种相态(固态、液态)转变为另一种相态(液态、固态)的物质,可以将多余的能量存储起来并在能量需求高峰期释放出来。因此有希望用来提高对能源的利用效率。水合盐是一种性能十分优异的无机相变储热材料,具有高焓值、高储能密度、低成本、高导热系数、无毒、不易燃等一系列优点。因此很有希望应用于建筑物、锂离子电池和太阳能发电等场景的热管理系统中。但是水合盐在使用上也有几个缺点,一方面是固-液相变材料的共性问题——形状不稳定,在实际的使用过程中液态容易泄漏。另一方面是水合盐本身存在一些固有缺陷,首先是水合盐具有严重的过冷,过冷就是指当处于融化状态的水合盐冷却到熔点以下仍不发生结晶的现象,而实际的结晶温度与其融化温度之间的差值被称为过冷度。其次,水合盐容易发生相分离现象,由于水合盐融化过程中容易分步脱水,较低水合数的结晶盐由于密度差异沉淀在熔体的底部,多次加热冷却循环后会使焓值降低甚至归零。水合盐还有一个致命的缺点是它的热稳定性差,在使用过程中水合盐中的水分极易挥发,随着水分挥发,同样会导致焓值降低。另外,水合盐对容器还具有腐蚀性,不利于长期使用。水合盐相变材料的定形化的研究目前都集中在如何增加相变材料的导热上,而对其柔型化的研究还比较少,很大程度上限制了其在储热管理系统中进一步的应用。因此水合盐相变材料的广泛应用有懒于上述问题的有效解决。本文主要针对水合盐相变材料的形状稳定进行了研究,通过反相乳液模板法分别制备了水合盐微胶囊、水合盐/石蜡/纤维素定形相变材料和柔性化的水合盐/聚氨酯定形相变材料。所制备的水合盐相变微胶囊具有优异的表观形貌,吸热焓值达到了136.1 J/g,将过冷度从24.2℃降低到了14.5℃,一定程度上改善了水合盐的热稳定性。所制备的纤维素固定的水合盐/石蜡复合定形相变材料具有非常优异的热稳定性能,可以保证在80℃之前几乎没有水分挥发,由于石蜡提供的成核位点促进了水合盐的结晶,将过冷度从34.2℃降低到了19.5℃,并且吸热焓值高达227.3 J/g。所制备的柔性水合盐/聚氨酯定形相变材料具有十分优异的柔性程度,聚氨酯通过提供成核位点促进了水合盐的结晶,将过冷度从34.2℃降低到了16.6℃,并在一定程度上改善了水合盐的热稳定性。
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