有机_复合相变储能材料研究进展.pdf
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1、有机 复合相变储能材料研究进展于欣,胡晓峰,黄占华(东北林业大学 生物质材料科学与技术教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 )摘要:相变储能材料在相变过程中实现能量的储存或释放,这种材料因具有优良的性能而成为近年来研究的热点。主要介绍了相变材料的分类、性质以及评价标准,着重讨论了有机复合相变材料的一些常见的制备方法,如原位聚合法、界面聚合法、喷雾干燥法、多孔材料吸附法和溶胶凝胶法等。概括了相变材料在太阳能利用、建筑材料、空调蓄冷、工业余热回收和军事伪装隐身等方面的应用研究,并提出了相变材料研究的未来发展趋势。关键词:相变材料;储能;制备方法;应用中图分类号:;文献标识码:文章编号:()增刊 引言伴
2、随着社会工业化的高速发展,能源问题和环境问题逐渐成为制约社会发展的关键因素。因而人们开始关注和利用可再生能源,相变储能材料解决了能源在时间和空间上分配不均的矛盾,成为今后解决能源问题和环境问题的努力方向。相变材料(,)的相转变过程是一个近似等温的过程,在这个过程中储存或释放能量。使用相变材料进行储热具有温度恒定、储热密度大、储热容器体积小和热效率高的优点。相变材料按照相变方式可以分为固固相变材料、固液相变材料、固气相变材料和液气相变材料。固固相变材料因为体积变化小,研究和应用得到了迅速发展。固液相变材料具有高相变潜热的优点,但在相变过程中出现液体状态,必须用容器封装,不但增加了系统的成本,而且
3、不能应用于许多无法携带容器的场合,如调温纺织品等,固液相变材料的这个固有缺点限制了它们的应用范围。而固气相变材料相变过程中体积的巨大变化 不适于用作 热 能 储 存 和 温 度 调控。液气相变材料同样由于巨大的体积变化研究应用得较少。相变材料的封装形式如图所示。相变材料按照相变温度可以分为低温相变材料、中温相变材料和高温相变材料。其实这种分类也没有严格的温度范围,对于选择合适的相变材料具有一定的指导意义。相变材料按照成分可以分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。无机相变材料有带结晶水盐类、熔融盐和金属合金类等,如 、等。有机相变材料主要有长链烃类、醇类、芳香烃、有机酸酯类等,如石蜡、聚
4、乙二醇、聚氨酯等。复合相变材料多指两种或多种材料之间的复合。复合相变材料能够克服单一某物质存在的性能不足,同时往往还赋予材料一些新的优异性能。在实际应用中,相变材料要有较大的相变潜热,较好的热稳定性和化学稳定性,较小的过冷度,无相分离现象,环境友好、来源广、价格低等特点。近年来,许多研究者致力于开发化学性质稳定、可多次循环使用、环境友好、温度适应范围大及价格低廉的理想储能材料,结合当前科技进步和研究领域的拓展,努力实现相变材料研究与生产应用结合,促进实验室成果工业化,扩大相变材料的应用范围。相变材料制备方法及特点 原位聚合法原位聚合法()中可溶性单体和催化剂全部位于相变材料液滴囊芯的外部或内部
5、,反应在液滴表面进行生成不可溶的聚合物,聚合物沉积包覆在囊芯物的表面;相变材料反应前以分散乳化相存在,外壳材料多是单体或几种单体的混合物或低分子量的预聚物,其中关键步骤在于聚合物如何包覆在芯材的外表面。有很多研究者都采用这种比较成熟的方法制备相变储能材料。等以正十二醇为芯材,三聚氰胺甲醛树脂为壁材,采用原位聚合法合成了具有高储热密度的表面光滑的球状相变储热微胶囊,当采用 和 复配(质量比)作乳化剂,乳化搅拌速度为 ,正十二醇投料质量分数为 时,相变潜热达 ,其中正十二醇包封效率高达 ,相变温度为,平均粒径为 左右。等以尿素、三聚氰胺、甲醛为原料制备了正十八烷、正十九烷、正二十烷微胶囊,其中含正
6、烷烃质量分数 的相变材料的相变焓约为 。等以棕榈酸、正戊 年增刊()卷基金项目:国家自然科学基金资助项目();教育部博士点新教师基金资助项目();中央高校专项基金资助项目();黑龙江教育厅科学技术研究资助项目()收到初稿日期:收到修改稿日期:通讯作者:黄占华作者简介:于欣男,河南平顶山人,在读硕士,师承黄占华副教授,主要从事相变储能材料研究。醇、六水氯化铝、碳酸氢铵等为原料合成了一种新型相变材料胶囊,得到的微胶囊相变材料的熔点比棕榈酸低。等用甲醇改性三聚氰胺甲醛树脂的方法合成了一系列含石蜡芯材的球形微胶囊材料,该微胶囊材料表面光滑,这种改性的方法增加了壁材中交联结构的存在,减少了游离甲醛的含量
7、,提高了壁材抗形变的能力和抗内表面挤压的能力。等 以三羟甲基三聚氰胺甲醛预聚体和六甲氧基羟甲基三聚氰胺甲醛预聚体为壁材,采用原位聚合法制备了相变温度为、和 的石蜡微胶囊,并详细讨论了影响微胶囊性能和粒径的因素。图各种相变材料的封装形式 界面聚合法界面聚合法()是将种含有双(多)官能团的单体,分别溶解在不相混溶的种液体中,在两相界面上进行缩聚反应。这种方法反应速度快,反应条件温和,且对反应单体的纯度要求不高,原料配比要求不严。等 采用界面聚合法制得了一种智能纺织品用蓄热调温相变微胶囊,所得微胶囊主要为球形,表面光滑,平均粒径为 ,这种胶囊对一定浓度的酸碱、无水乙醇及丙酮稳定,其中石蜡在微胶囊中的
8、质量分数为,相变潜热为 ,并且相变温度接近人体舒适温度范围。等 采用界面聚合法制得正二十烷微胶囊,该微胶囊材料的相变温度约为,相变焓为 ,正二十烷包封率约为。等 采用界面聚合法制备了石蜡微胶囊,然后在微胶囊表面电沉积铜,并研究了这种材料的可能应用前景。喷雾干燥法喷雾干燥法()是先将壁材溶解成水溶液,再加入油溶性芯材进行乳化形成乳液,将乳液加入到喷雾干燥装置制得微胶囊。这种方法简单,成本较低,且得到的产品粒径均匀,有利于大规模工业生产。等 以明胶和阿拉伯胶为壁材、石蜡为芯材,喷雾干燥制得石蜡微胶囊,该微胶囊材料焓值在 之间,粒径均匀,有望应用在太阳能储能方面。等 以 为芯材、为壁材,喷雾干燥制得
9、 微胶囊,该微胶囊粒径在 之间,相变焓值为 。于欣 等:有机复合相变储能材料研究进展 多孔材料吸附法多孔材料具有特定的结构,有很强的极化作用或毛细管作用。采用真空手段除去材料孔道或层间的流体使它吸附大量的相变物质来制备复合相变材料。这种方法比较简单,成本低,且相变物质不易泄漏出来,很容易大规模地生产。不过,这些材料的热稳定性和寿命不是很好,人们一直在努力寻找更好的复合方法来解决材料的热稳定性差和使用寿命短的问题。等 以石蜡为相变材料膨胀石墨为支撑材料,制备出了石蜡质量分数为 的石蜡膨胀石墨复合定型相变储热材料,膨胀石墨吸附石蜡后仍然保持了原来疏松多孔的蠕虫状形态,复合相变储热材料没有形成新物质
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