改性硅复合定形光热转换相变储能材料的制备及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:didos_jo
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不能直接产生热效应的可见光能量约占太阳辐射能的40%.这部分能量难以被相变材料直接有效利用。因而,开发定形光热转换相变储能材料实现对太阳能可见光的光吸收-光热转换-热能存储三个过程合而为一,是实现太阳能高效利用的重要策略。然而,直接添加的光热转换材料与相变材料复合的方法,由于材料相容性较差,使材料的光热转换存储性能稳定性不足。针对这一关键科学问题,通过采用硅烷偶联剂对二氧化硅(SiO2)进行改性,引入氨基或双键活性基团,使官能团化的碳纳米管能够实现更好的分散稳定,也使反应性染料能够以高反应效率接枝SiO2,进而分别以SiO2-碳纳米管和SiO2-dye为支撑材料,构筑具有较高稳定性、高储能密度和高光热转换及存储效率的定形光热转换相变储能材料。首先,采用硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)改性硅溶胶,以聚乙二醇(PEG)为相变材料,通过溶胶-凝胶法制备了 PEG/SiO2-APS定形相变储能材料,PEG含量达到88 wt%时,相变熔化焓达-170.4 J/g,结晶焓达174.8 J/g,500次循环相变后,相变焓值仅下降了 0.63~0.65%;采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为微胶囊壁材,以石蜡为相变材料芯材,合成了石蜡@SiO2-PMMA定形相变储能材料,通过交联剂和硅烷偶联剂加强了有机壳层和无机壳层的连接,微胶囊中石蜡包封率为51.9%时,熔化焓达-136.0 J/g,结晶焓达142.8 J/g,500次的循环相变后,相变焓值仅下降了 1.4%。以具有高导热性能、全波段光吸收和光热转换功能的官能团化碳纳米管(MWCNTs-COOH和O-MWCNTs)作为光热转换材料,均匀的掺杂到PEG/SiO2-APS复合材料中,分别制备了 PEG/SAM和PEG/SAOM定形光热转换相变储能材料。PEG/SAM和PEG/SAOM的相变焓值分别达到133 J/g和173.5 J/g,光热转换存储效率分别达到88%和94.3%,而且材料具有很好的光驱动相变储热稳定性。通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)将活性黑5染料(RB5)以化学键连接到SiO2支撑材料上,制备SiO2-dye凝胶,染料接枝率达到接近100%。以PEG为相变材料,SiO2-dye凝胶为支撑材料,通过溶胶凝-胶法合成了 PEG/SiO2-dye的定形光热转换相变储能材料,PEG的负载量可达到88.5 wt%时,熔化焓达-167 J/g,结晶焓达168.2 J/g,材料的具有宽的吸收波长(400-700 nm),光热转换和存储效率达到88.1%,而且材料具有很好的光驱动相变储热稳定性和结构稳定性。
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