【摘 要】
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解决气候危机是我们时代的一项重大挑战,太阳能由于不需要化石能源的投入,同时没有碳排放的产生,被普遍视为碳中和能源。然而由于太阳能间歇性和不稳定性的限制,通常需要将其与储热系统相结合,来减少供需失配,实现连续、可调度的电力输出。相变材料由于具有较大的储能密度以及在储热/放热过程中保持近似恒定的温度,被认为是最有前途的储能材料之一。定型复合相变材料是解决大多数相变材料非理想性能的有效手段,基于此,本文
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解决气候危机是我们时代的一项重大挑战,太阳能由于不需要化石能源的投入,同时没有碳排放的产生,被普遍视为碳中和能源。然而由于太阳能间歇性和不稳定性的限制,通常需要将其与储热系统相结合,来减少供需失配,实现连续、可调度的电力输出。相变材料由于具有较大的储能密度以及在储热/放热过程中保持近似恒定的温度,被认为是最有前途的储能材料之一。定型复合相变材料是解决大多数相变材料非理想性能的有效手段,基于此,本文对定型复合相变材料的性能改进与实际应用进行了一系列的探究。冷压缩与混合烧结法因适用于复合材料的大规模生产而受到关注。由于膨胀石墨(EG)和氯化盐的润湿性,在三元共晶氯化盐(TC)/Mg O陶瓷/EG的定型复合相变材料的配比中应考虑EG和陶瓷材料在封装效应上的解耦。在这项研究中,分别将40 wt.%-55 wt.%Mg O和5 wt.%-20 wt.%EG添加到复合材料中,发现该体系材料可以装载近45 wt.%的熔盐。命名为15EG-40Mg O的45 wt.%TC-15 wt.%EG-40 wt.%Mg O样品被认为是在导热性增强和能量密度降低平衡方面接近于最佳的配方。这种比例复合材料的导热系数为8.86 W?m-1?K-1,在300-600℃的温度范围内,蓄热密度达到439.53 J·g-1。此外,这些复合材料可以很容易地集成到太阳能储热系统中,通过焓-孔隙率方法证明,相比于传统的氧化铁材料,含复合材料的储热系统具有更大的优势和更广阔的应用前景。以往对填充床潜热储热系统的研究主要集中在储热罐的数值优化上,目前还没有关于在高温条件下对含定型复合相变材料填充床储能系统的实验研究。本文进一步依据课题组搭建的新型中高温填充床储能实验系统,以砖形定型复合相变材料为储热介质,通过实验探究了含复合相变材料填充床储能系统的动态储热/放热性能。结果表明,随着储热罐内平均温度的不断升高,罐内温差出现两个波峰,当换热流体的平均温度达到400℃时,储热罐内温差迅速减小到波谷处。此外随着系统平均温度的升高,瞬时储热效率呈现先增加后降低的趋势。放热过程在温差以及放热效率变化上有着相似的变化。通过控制储热/放热过程的温度区间(136℃-451℃),含定型复合相变材料的填充床储能系统的整体效率为39.1%。本工作的结果可为定型复合相变材料的制备以及填充床储能系统的结构优化设计和工业应用提供数据支持。
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