復合相變儲能材料的制備及其性能研究.pdf

1、面對能源危機的日益嚴重，如何節(jié)約能源和提高能源的利用率受到人們廣泛的關注，利用相變材料(phase change materials，PCMs)進行潛熱儲能的研究在國內外深受重視，其中固-液復合相變材料的制備與研究已成為儲能領域研究的熱點。
　　固-液復合相變儲能材料可以有效地解決相變材料在發(fā)生相變時易泄漏而需要封裝的問題，但其存在的缺陷是復合相變材料的形成會導致儲熱能力下降，同時復合相變材料經過多次冷熱循環(huán)后會出現不穩(wěn)定現象，選

2、擇性能良好的基體材料制備固-液復合相變材料可以有效地解決和改善這些缺陷。
　　本研究通過不同的方法制備了不同的固-液復合相變材料，其一，以硬脂酸為相變材料，以埃洛石(halloysite nanotubes，HNTS)為基體材料，以埃洛石/二甲基亞砜為前軀體，通過取代的方法制備了硬脂酸/埃洛石復合相變材料；其二，分別以聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)、癸酸-硬脂酸(capric-stearic acid，

3、CA-SA)低共熔物為相變材料，以埃洛石為基體材料，以無水乙醇為溶劑，采用液相插層法制備了聚乙二醇/埃洛石復合相變材料、癸酸-硬脂酸/埃洛石復合相變材料。利用X-射線衍射(XRD)確定了埃洛石的晶體結構，通過掃描電鏡(SEM)觀察了埃洛石及復合相變材料的微觀形貌，利用綜合熱分析儀(TG-DSC)測定了復合相變材料的相變溫度，相變潛熱以及表征了復合相變材料的熱穩(wěn)定性，通過紅外光譜(FT-IR)分析對復合相變材料之間的嵌合關系進行了表征。<

4、br>　　研究結果表明：
　　1、硬脂酸/埃洛石復合相變材料中，埃洛石的層間距由0.74 nm增大到3.92 nm，插層率達到了95.4％，埃洛石的內表面羥基與硬脂酸的羰基形成了氫鍵，其外層硅氧面上的氧與硬脂酸的羥基形成了氫鍵，復合相變儲能材料的相變溫度為50.3℃，相變焓為103.9 J/g，經過500次冷熱循環(huán)后仍然具有較好的兼容性、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性。
　　2、以聚乙二醇6000為相變材料、埃洛石為基體材料，采用無水

5、乙醇夾帶的方法制備出了聚乙二醇/埃洛石復合相變材料。借助于SEM、FT-IR和TG-DSC等手段對復合相變材料的形貌特征、吸附效果、復合機理及熱性能進行了研究。結果表明：復合相變材料中聚乙二醇的適宜含量為65％(質量分數，下同)，相變材料含量為65％的復合相變材料的相變溫度為58.7℃、相變焓為105.6 J/g，經過500次冷熱循環(huán)后仍具有較好的兼容性、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性。
　　3、癸酸-硬脂酸/埃洛石復合相變材料中，由于埃洛

6、石的活性表面，癸酸-硬脂酸低共熔物插層到埃洛石層間，其羰基與埃洛石的內表面羥基形成了氫鍵，另外由于毛細管作用及內表面活性，癸酸-硬脂酸低共熔物的羥基與埃洛石管狀晶體結構的外層硅氧面上的氧形成了氫鍵，他們之間并沒有發(fā)生化學反應導致新物質的生成，復合相變材料中脂肪酸的含量應該控制在60％以內；脂肪酸含量為60％的復合相變材料的相變溫度為27.9℃，相變潛熱為92.6 J/g，在低溫儲熱系統(tǒng)中具有較廣闊的應用前景，經過連續(xù)500次冷熱循環(huán)后，

7、復合相變材料的相變溫度和相變潛熱變化較小，具有較好的兼容性、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性。
　　4、聚乙二醇1000和埃洛石制備的復合相變儲能材料中，綜合考慮儲熱性能和使用安全性，其中聚乙二醇的最高吸附量為65％，相變材料含量為65％的復合相變材料的相變溫度為27.8℃，相變潛熱為85.25 J/g，可以較好地運用到低溫儲熱領域中，經過500次冷熱循環(huán)后，其相變溫度和相變潛熱變化不大，具有較好的熱性能、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性，聚乙二醇與埃洛

8、石之間只是簡單的嵌合作用，沒有發(fā)生化學變化導致新物質的生成。
　　本論文的創(chuàng)新之處是：首次研究了以埃洛石作為基體材料，采用二甲基亞砜取代法制備了硬脂酸/埃洛石復合相變材料，對其制備方法及復合相變材料的性能進行了研究，復合相變材料儲熱能力較高，經過多次冷熱循環(huán)后仍然具有較好的熱性能、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性；另外首次通過液相插層法制備了相變材料分別為聚乙二醇、癸酸-硬脂酸低共熔物的復合相變材料，制備出的復合相變材料同樣具有較高的儲熱能力