二水草酸相变储能材料的耐受性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:weilonglee
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随着人类生活的不断发展,化石燃料的大规模使用致使环境日渐恶化。相变储能材料能够实现热能的时空转换,提高能源使用率,可达到节约能源和保护环境的目的。二元羧酸是一类非常重要的中温相变储能材料。其中,二水草酸以其超高的相变潜热、低廉的成本优势,在储热领域有非常大的应用潜力,可广泛应用于太阳能储热系统、热泵和工业余热回收等领域。但是二水草酸的耐受性问题限制了其应用:首先,二水草酸在相变过程中易泄漏,多次热循环后其热物性质衰减严重;其次,二水草酸熔化时的体积膨胀以及对容器材料的腐蚀使得封装容器容易受到破坏,这些都阻碍了二水草酸作为相变储能材料的长期使用。因此改善二水草酸的循环稳定性,选择合适的封装容器材料成为推进其应用的关键。本论文以二水草酸为相变储能材料主体,采用不同实验手段对其进行加速热循环实验,通过差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对其进行表征,分析其热物性质衰减的原因;根据衰减原因采取措施改善其循环稳定性;并进一步针对其酸性特征,对常见的金属及合金进行全浸腐蚀实验,筛选出合适的耐腐蚀的容器材料,研究结果表明:(1)通过对比二水草酸加速热循环前后的测试结果,得出其在熔化过程中会产生大量水蒸气,使体系内部压力增大,易产生泄漏。体系的密闭性好坏对二水草酸的循环稳定性影响非常大。寻找合适的材料与二水草酸复合降低其熔点,减少水蒸气的产生;制备二水草酸定型复合材料,抑制其在熔化过程中的泄漏,是改善二水草酸循环稳定性的两种途径。(2)通过筛选大量的有机、无机材料,最终选定氯化钠(NaCl)为合适的添加剂,9 wt%NaCl可使二水草酸的熔点从101.2°C降低至88.7°C,相变潜热依旧保持在320 J/g以上,100次热循环后熔化潜热衰减4.7%,循环稳定性得到大幅度提高。此外,实验发现聚乙二醇(PEG)的添加虽然未能降低二水草酸的熔点,但其作为稳定剂也一定程度上改善了二水草酸的循环稳定性,其中2.5 wt%PEG 6000效果最好。(3)依据多孔吸附法原理,实验采用多孔膨胀石墨对二水草酸+9 wt%NaCl复合相变储能材料进行物理吸附,制备了二水草酸多孔基体复合相变储能材料,并采用扫描电子显微镜(SEM),DSC等手段对其进行表征测试。泄漏测试与SEM分析结果表明:6 wt%的膨胀石墨能够完全将二水草酸+9 wt%NaCl复合相变储能材料吸附到其孔隙内部;DSC循环测试结果表明二水草酸多孔基体复合相变储能材料100次循环后熔化潜热仅衰减1.7%,二水草酸的循环稳定性得到了进一步改善。(4)针对二水草酸较强的酸性,本论文选用八种常见的耐腐蚀金属及合金,通过全浸腐蚀实验来测定其在二水草酸多孔基体复合相变储能材料中的抗腐蚀性。结果表明在常见金属及合金中,紫铜的腐蚀速率较低且价格低廉、易加工、导热性好,所以适合用做二水草酸多孔基体复合相变储能材料的封装材料。
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