基于热力学模型熔盐水化物相变储能材料的开发与研究

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“低碳经济”逐渐成为主旋律的大环境下,寻求提高能源的利用率成为人们关注的焦点。研发能充分利用热源的新能源是解决能源紧张的重要途径之一。熔盐水化物相变储能材料是一种高效节能的材料,它具有可充分利用热源热量、相变焓大、储能密度大、成本低廉等优点。然而目前研发出来的熔盐水化物相变储能材料比较少,且大多价格昂贵。因此能否开发出廉价、无安全隐患、性能优异的熔盐水化物相变储能材料,将是熔盐水化物相变储能材料走向实际应用的关键。然而,现有的“配方”式寻找方法极为耗时耗财,本文研究利用热力学模型对价格低廉、储能密度大的多元熔盐水化物体系进行相图预测计算,寻找熔盐水化物相变储能新材料,为此,本课题展开的工作如下:(1)评述五种国际常用的热力学模型的研究及其应用现状,根据五种模型各自的特点以及本课题所研究的熔盐水化物体系的热力学性质,选择Pitzer–Simonson–Clegg和BET两种热力学模型对二元熔盐体系Mg(NO32–H2O、CaCl2–H2O、Mn(NO32–H2O和三元熔盐体系CaCl2–LiCl–H2O、LiCl–LiNO3–H2O、KNO3–LiNO3–H2O的相图进行预测研究,从而选定BET理论模型用于预测熔盐水化物体系的相图。(2)针对二元盐水体系Mg(NO32–H2O、NH4NO3–H2O、LiNO3–H2O和KNO3–H2O,应用其二元BET模型参数预测了系列三元体系和四元体系LiNO3–Mg(NO32–NH4NO3–H2O的多温相图,并找到了这些体系中可能存在的共晶点。(3)根据BET理论预测的熔盐水化物体系的相图结果,对预测的熔盐水化物材料的共晶点进行物性检验,包括熔盐水化物材料的储放热性能的研究和DSC、DTA曲线的测定。实验表明:LiNO3–Mg(NO32–NH4NO3–H2O熔盐体系的四元共晶点组成可用作相变储能材料;而含镁、锂熔盐水化物三元体系的共晶点组成存在过冷性,对储能方面的应用造成一定影响,其后续工作正在进行。(4)为解决熔盐水化物相变储能材料经多次循环后出现的分层现象,针对体系LiNO3–Mg(NO32–NH4NO3–H2O,通过系列实验找到了一种能改善熔盐水化物相变储能材料的储能性能的抗沉淀剂:淀粉,且探索了每40g该材料样品中添加0.8g淀粉,储能性能效果最佳。本文通过理论预测以及实验验证说明,利用BET理论模型计算预测寻找熔盐水化物相变储能材料是切实可行的高效快捷的方法。
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