热能在自然界中分布广泛,且在社会生活中具有重要的应用。因此,对热能进行存储和应用是缓解能源和环境问题的有效途径之一,同时,能源供应和需求之间不平衡的问题也能够得到有效地解决。在实际应用中,热能存储系统具有十分重要的作用,因为大部分的热源是不可控制和不可预测的。由于相变储能材料具有较大的潜热存储容量、恒定的相变温度和丰富的种类等特点,它在热能存储领域中越来越受到关注。本文选取脂肪酸作为相变储能材料进行研究,通过不同的合成方法将脂肪酸与其它材料进行复合,从而形成复合相变储能材料来克服脂肪酸的熔化泄漏和导热性差等缺陷。第一章阐述了相变储能技术的概况,包括发展背景、原理、特征和研究范围。第二章制备和分析了以聚乙烯醇缩丁醛和纳米二氧化硅为基底、以膨胀石墨和石墨烯纳米片为高导热添加剂的脂肪酸定形相变储能材料的性能。第三章合成和研究了具有乙基纤维素为外壳的微胶囊相变储能材料和具有二氧化硅与氧化石墨烯双层外壳的微胶囊相变储能材料的热物理性能。1.定形相变储能材料的合成及性能研究采用溶液共混法制备了软脂酸/聚乙烯醇缩丁醛定形相变材料,其中软脂酸作为相变材料来存储和释放热量,聚乙烯醇缩丁醛作为支撑材料来防止软脂酸泄漏。此外,以高导热多孔结构的膨胀石墨作为添加剂,它不仅能够提高定形相变材料的热导率,还能够强化定形相变材料对软脂酸的吸附性。傅里叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪的测试结果表明定形相变材料具有稳定的化学结构和晶体结构。扫描电子显微镜显示了膨胀石墨与软脂酸/聚乙烯醇缩丁醛复合材料成功地结合在一起。热重分析表明定形相变储能材料具有令人满意的热稳定性,在其工作温度范围内,几乎没有热重损失。差示扫描量热仪对复合储能材料的潜热与相转变温度进行测试,结果显示:软脂酸含量70wt%的定形相变储能材料的熔化潜热为128.08J/g,对应的熔化温度为59.5℃。导热分析仪的测试结果显示膨胀石墨对软脂酸/聚乙烯醇缩丁醛复合材料的热导率有较好的促进作用,并且膨胀石墨在复合材料中的比例越高,热导增强作用就越明显。与软脂酸/聚乙烯醇缩丁醛定形相变储能材料相比,添加了 7wt%膨胀石墨的定形相变储能材料的热导率提高了 420%。因此,掺杂有膨胀石墨的定形相变储能材料在低温太阳能系统中具有很大的应用潜力。将相变材料软脂酸和支撑材料纳米二氧化硅混合,制备定形相变材料。一系列含有不同软脂酸含量的复合相变材料被合成,泄漏测试实验表明:当软脂酸的比例低于70wt%时,复合相变储能材料不会在熔化过程中发生泄漏。添加不同含量的石墨烯纳米片于定形相变储能材料中,研究石墨烯纳米片对定形相变储能材料热导率的促进作用。复合储能材料的化学结构、晶体结构以及微观结构由傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜来测量。此外,复合储能材料的相变性能、热稳定性和导热性能通过差示扫描量热仪、热重分析仪和导热分析仪测定。结果表明:软脂酸、纳米二氧化硅和石墨烯纳米片通过物理作用充分结合在一起。复合储能材料的相变温度约为60℃,相变潜热不低于128.42J/g。热重分析和热循环测试显示定形相变储能材料具有很好的热稳定性和热可靠性。此外,导热分析仪的测试结果表明:掺杂了5wt%石墨烯纳米片之后,定形相变储能材料的热导率增加了65%。该定形相变储能材料在建筑领域和太阳能领域具有一定的应用前景。2.微胶囊相变储能材料的合成及性能研究采用乳化-溶剂蒸发法合成了以肉豆蔻酸为核、乙基纤维素为壳的微胶囊相变储能材料,其中肉豆蔻酸是热能存储材料。从扫描电子显微镜中可以观察到制得的微胶囊相变储能材料是饱满的、表面完整的球体,并且在同一样品中,微胶囊的粒径分布较为均匀。从傅里叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪的分析结果中可得出肉豆蔻酸和乙基纤维素之间是通过物理作用结合在一起的,没有发生化学反应。差示扫描量热仪测量分析了微胶囊相变材料的相变性能,结果显示:乙基纤维素对肉豆蔻酸的结晶有一定的阻碍作用,并且阻碍程度随着乙基纤维素的含量增大而提高,因此乙基纤维素的含量不宜过高。根据测试结果分析,在微胶囊相变储能材料中,肉豆蔻酸和乙基纤维素的质量比为2:1时,乙基纤维素对结晶的影响可以忽略不计,且具有一个较为稳定的相变温度和相变潜热。此外,热重分析和热循环测试结果显示:微胶囊相变储能材料具有良好的热稳定性和热可靠性。由于乙基纤维素无毒无害,为此,该微胶囊相变储能材料在热能存储领域,特别是食品、医疗领域具有潜在的应用价值。采用了溶胶-凝胶技术将硬脂酸封装在二氧化硅中,形成微胶囊相变储能材料,其中硬脂酸作为相变储能材料,甲基三乙氧基硅烷作为二氧化硅的前驱体。泄漏测试结果表明:在制备微胶囊相变储能材料过程中,当甲基三乙氧基硅烷的含量不低于硬脂酸的含量时,则在相变材料熔化时不会发生渗漏,因此,甲基三乙氧基硅烷与硬脂酸的最佳比例为1:1。此外,通过自组装法将氧化石墨烯附着在二氧化硅表面,以提高微胶囊相变储能材料的热导率。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析证明了微胶囊相变储能材料具有稳定的化学结构和晶体结构,拉曼光谱分析进一步证明了氧化石墨烯与微胶囊相变材料的结合。通过扫描电子显微镜可发现添加与未添加氧化石墨烯的微胶囊相变储能材料都是具有紧密外壳的完整球体。差示扫描量热仪的测试结果表明微胶囊相变储能材料具有稳定的相变温度和较高的相变潜热,其中未添加氧化石墨烯的微胶囊相变储能材料的封装效率为83.22%。此外,热导分析仪的测试结果表明氧化石墨烯的加入对热导有促进作用。由此可见,该微胶囊相变储能材料在热能存储系统中具有一些潜在的应用前景。