原位封装十六胺及聚乙二醇复合定形相变储能材料的研究

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人类对能源的依赖一直从未减少过,为了提高能源的利用效率,建设资源节约型社会,以相变材料为代表的储能材料应运而生。其中固-液相变材料以其较高的储热密度、相变体积变化小等特点,成为目前科研工作者一致认为的最可行与最具实用价值的相变储能材料。十六胺(HDA)与聚乙二醇(PEG)均具有较高的相变潜热和良好的热化学稳定性,是很有前途的相变储能材料,然而它们在实际应用中存在液相物质泄漏的问题。目前解决固-液相变材料相变后泄漏问题的途径之一就是发展定形相变材料。本论文设计合成了分别以相变材料HDA与PEG为芯材的,通过原位封装得到几种相变焓高、热稳定性好、导热系数高、封装效果好的复合定形相变储能材料。具体研究内容如下:(1)HDA基复合定形相变储能材料的制备及性能研究(a)HDA/SiO2复合相变储能材料采用溶胶-凝胶法,以SiO2为壁材,HDA为芯材,3-氨丙基-3-乙氧基硅烷(APTES)为偶联剂,原位封装合成出HDA/SiO2复合定形相变储能材料。单因素考察优化实验条件,正交实验验证,最优实验结果表明:APTES作为硅烷偶联剂成功将正硅酸乙酯(TEOS)与HDA以物理作用结合在一起。FT-IR表明,最终产物没有新的吸收峰出现,HDA作为相变材料被SiO2成功包覆,扫面电镜结果显示所合成的复合相变储能材料为球形,熔融和凝固潜热分别为214.9J/g和210.8J/g,包覆率为94.4%,经过100次加热-冷却循环后,HDA/SiO2的熔融和凝固潜热基本不变,表现出优异的热稳定性,加热至HDA熔点以上复合材料没有泄漏现象发生,导热系数为0.23W/m·K,是HDA导热系数的2倍左右。(b)HDA/PO43-复合相变储能材料采用水热法,以磷酸盐为壁材,HDA为芯材原位封装合成磷酸盐复合定形相变储能材料。单因素考察、优化实验条件,最优实验结果表明:磷酸盐与HDA之间结合为物理作用,相变焓高于110J/g,导热系数高于0.4W/(m·k),是HDA导热系数的4倍。兼具有适当的相变焓和较高的导热系数,储热性能好,在相变温度以上不发生泄漏,封装效果良好,包覆率为50%,经过100次加热-冷却循环后,磷酸盐复合相变储能材料的熔融和凝固潜热基本不变,表现出优异的热稳定性。(2)PEG基复合相变储能材料的制备及性能研究采用溶胶-凝胶法,以SiO2为壁材,PEG为芯材,APTES为偶联剂原位封装合成PEG/SiO2复合定形相变储能材料。单因素考察、优化实验条件,最优实验结果表明:PEG作为相变材料被SiO2成功包覆,所合成的复合相变储能材料为三维网状,熔融和凝固潜热分别为155.2J/g和151.7J/g,包覆率为95.5%,经过100次加热-冷却循环后,PEG/SiO2的熔融和凝固潜热基本不变,表现出优异的热稳定性,加热至PEG熔点以上复合材料没有泄漏现象发生,导热系数为0.32W/m·K,是PEG导热系数的3倍。
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