相變儲(chǔ)能材料可解決能量供需在時(shí)間空間上不匹配的問題,它兼具經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境友好性,得到了相關(guān)領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。目前針對(duì)太陽能脫鹽裝置、太陽能發(fā)電裝置、太陽能灶等太陽能集熱系統(tǒng)的中溫相變儲(chǔ)熱材料較少,二元羧酸作為相變材料,在中溫儲(chǔ)熱方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值,然而該類相變材料存在循環(huán)穩(wěn)定性差、相變溫度與實(shí)際應(yīng)用不匹配等問題,因此相變熱行為的調(diào)控對(duì)羧酸基中溫相變材料的實(shí)際應(yīng)用顯得尤為重要。本文以膨脹石墨、二氧化硅為基體,通過制備新型二元羧酸定形相變材料調(diào)控相變材料熱行為。結(jié)果顯示,這種方式可以顯著調(diào)節(jié)相變儲(chǔ)能材料的相變溫度,彌合材料本身相變溫度與實(shí)際應(yīng)用的差距,擴(kuò)大現(xiàn)有相變材料應(yīng)用范圍,同時(shí)有利于提高相變材料熱穩(wěn)定性。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:1.為調(diào)控丁二酸的相變溫度,同時(shí)解決其熱穩(wěn)定性差的問題,主要采取了如下兩種方法:(1)基于Schrader方程繪制了贗二元相圖,并做了共晶點(diǎn)理論計(jì)算,合成符合共晶點(diǎn)組分比例的低共熔混合物,降低了相變材料的相變溫度,擴(kuò)大了相變溫度與丁二酸分解溫度的溫差,降低了丁二酸分解的幾率。(2)將前期制備的低共熔物與微波法制備的膨脹石墨復(fù)合,制備了石墨基定形相變儲(chǔ)能材料。相變材料在毛細(xì)力與表面張力作用下被固定在膨脹石墨孔道內(nèi)。最終相變材料相變焓為206 J?g-1,經(jīng)過100次冷熱循環(huán),相變溫度波動(dòng)在1oC以內(nèi),相變焓僅降低1%,有效提高了相變材料的熱穩(wěn)定性。同時(shí)相變材料的定形減少了羧酸與容器的接觸,有利于減輕相變材料的腐蝕。2.為在較寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)二元羧酸相變熱行為連續(xù)可調(diào),使之與實(shí)際應(yīng)用相匹配,本文試圖通過介孔限域效應(yīng)解決此問題。以己二酸為例探索了一系列不同孔徑二氧化硅定形基體對(duì)于二元羧酸相變熱行為的調(diào)控行為。結(jié)果表明,不同孔徑二氧化硅基體對(duì)二元羧酸相變溫度有顯著調(diào)控作用,相變溫度偏移量與孔徑的倒數(shù)表現(xiàn)出強(qiáng)的線性關(guān)系。隨著孔徑尺寸的降低,相變焓與相變溫度具有相同的變化趨勢(shì),同時(shí),相變溫度的可調(diào)值向相反方向變化。與宏觀態(tài)不同,限域內(nèi)的己二酸的相變溫度可調(diào)幅度高達(dá)92oC,相對(duì)限域空間內(nèi)的己二酸含量來說,所制備的二氧化硅基定形相變材料的最大儲(chǔ)熱效率可達(dá)72%。己二酸在介孔二氧化硅限域內(nèi)的相變行為服從Gibbs-Thomson方程和Clausius–Clapeyron方程,同時(shí)受表面基團(tuán)控制。根據(jù)未結(jié)晶層的厚度,通過擬合Gibbs–Thomson方程參數(shù)得到了介孔限域內(nèi)己二酸相變溫度與二氧化硅基體孔徑的關(guān)系曲線,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的較好,對(duì)于相變材料相變溫度的調(diào)控有一定指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院青海鹽湖研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

1.2 各國家發(fā)表的有關(guān)相變儲(chǔ)能文獻(xiàn)分布圖 (來源：Compendex 數(shù)據(jù)庫，1969 年-2年)ure 1.2 Summary of publications about PCMs per country (Source: Compendex database1969-2016)目前國內(nèi)外對(duì)于相變材料的研究多集中在低溫及高溫應(yīng)用區(qū)，對(duì)于中溫用的研究則相對(duì)滯后，相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少[39-41]。目前商品相變材料也多為高溫相變材料。文獻(xiàn)[24]給出了目前主要相變材料的相變溫度分布 (圖 1.3)024

圖 2.1 低共熔物 (EM) 的制備Figure 2.1 Preparation of eutectic mixture (EM)形相變儲(chǔ)能材料的制備到定形相變儲(chǔ)能材料復(fù)合物，通過熔融混合法制備了不同質(zhì)量脹石墨復(fù)合物。一般地，一定量的低共熔物與膨脹石墨通過三瓶中。然后，用玻璃棒將柱狀膨脹石墨分散并覆于低共熔物上于油浴中，溫度升至 139oC 并保持至膨脹石墨吸附飽和。然后并保存。到膨脹石墨只是作為低共熔物的載體，其質(zhì)量比應(yīng)該盡量小，潛熱存儲(chǔ)容量減低過多。但是，如果復(fù)合材料中膨脹石墨的質(zhì)量在熔融過程中就會(huì)泄漏。泄漏實(shí)驗(yàn)采用濾紙痕跡法。復(fù)合材料直至相變?nèi)诨�，之后將樣品冷卻至室溫，并從濾紙上移除。如

圖 2.2 定形相變材料 FSPCM 的制備Figure 2.2 Preparation of form-stabilized phase change material (FSPCM)表征學(xué)基團(tuán)分析析共晶及定形對(duì)相變材料化學(xué)基團(tuán)的影響，應(yīng)用 Nicolet Nex光譜儀 (FT-IR) 表征了丁二酸、己二酸、低共熔物及定形相變測(cè)試在室溫下進(jìn)行，采用壓片法制樣，波數(shù)范圍為 4000cm-1~4相分析 Panalytical X’Pert Pro MPD Diffractometer 室溫下得到了丁二熔物，膨脹石墨復(fù)合物的 X-射線衍射圖譜 (Cu 靶，λ = 1.54
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2835311