水合盐胶囊相变储能材料之制作及其热物性概述

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1、水合盐胶囊相变储能材料之制作及其热物性概述第一章绪论1.1引言能源与环境是当今世界的一大主题，是人类赖以生存的基础，也是我国社会经济发展的重要问题。人类社会的发展离不幵优质能源的出现和先进能源技术的使用。资源能源短缺问题已在当今中国乃至全球范围内出现。作为世界最大的发展中国家，中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国，基本能源消费占世界总消费量的1/10。同时，能源供给与需求存在时间与空间的不匹配问题，造成了能量利用的不合理性和大量浪费。化石燃料的大量消耗导致全球气候加速变暖和生态环境日益恶化。因此，节能、开发新能源和大力发展可再生能源对于调整能源结构格局和促进能源可持续发展起着至关重要的

2、作用，也成为了中国包括全世界关注的焦点之一。可再生能源低成本规模化幵发利用己经被确定成为我国中长期科学和技术发展规划的重点领域及优先主题。所以，能量储存在节约能源和提高能源利用率上扮演十分重要的角色[4]。储能技术在太阳能利用、电力的移峰填谷、废热与余热的回收利用、工业和民用建筑采暖、空调的节能等领域具有广泛的应用前景，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，近年来已成为世界范围内的研究热点。目前，热能储存方式主要包括显热储存、潜热（相变潜热）储存和化学反应热储存。与之相对应的储热材料分为显热储能材料、潜热储能材料（相变材料)、化学反应储能材料和复合储能材料四类。其中由于潜热储存（Late

3、ntThermalEnergyStorage,LIES)或称相变储能是利用在特定温度或温度范围（相变温度）下发生物质相态的变化，并伴随相变过程吸收或放出大量的相变潜热，可以解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，成为了提高能源利用率的有效手段。1.2相变材料的概述1.2.1相变材料的定义、分类及特性根据相变温度范围分为高温和低温相变储能材料。低温相变材料的使用温度范围在200°C以下，主要包括无机水合盐、石蜡及脂肪酸等有机物，低温相变材料主要用于废热回收、太阳能储存以及供暖和空调系统，并巳取得非常巨大的社会效益和市场潜力。其中，溶点在15°C以下的材料可应用于空调领域的蓄冷

4、；溶点在90°C以上的材料可应用于吸收式制冷；其它溶点在1590°C间的材料能够应用于太阳能加热和热负荷的测量。高温相变材料的使用温度一般高于200°C,主要包括：高温熔融纯盐、混合盐和金及合金等，一般用于解决热机、太阳能热动力发屯、磁流体发电以及人造卫星等系统中的能量储存问题。此外，相变储能材料还可根据化学成分可分为：无机类、有机类和混合类三种。其中无机类PCMs包括：结晶水合盐、其他无机相变材料（如水）、金属（包括合金）。有机类PCMs包括：石錯类、梭酸类、幾酸酷类、多元醇类、正焼醇类、糖醇类、聚醚类。混合类PCMs指有机类与无机类相变材料的混合物。无机相变储能

5、材料具有较高的焰解热，有固定的馆点；但是有腐烛性、易过冷、相分离、价格较高等缺点。有机相变储能材料具有固体成型好、不易发生相分离及过冷现象，腐烛性较小和性能稳定等特征；但与无机类相比具有导热性较差，密度较小等缺点。第二章溶剂挥发法制备微胶囊相变材料及其热物性分析2.1引言采用FT-IR分析微胶囊相变材料的官能团组成，如图2-3所示。由图可见：Micro-PCMs的光谱中包含DSP和PMMA的所有特征峰。其中PMMA光谱中波数2950cm'处有较强的吸收峰，是官能团一CH2的反对成伸缩；1726cmi处是C=0的伸缩振动，1096cm_i处是一CH3的变角振动，989cm处是C一C的

6、伸缩振动。其相应出现在Micro-PCMs光谱的2925cm',1714cm',1067cm'和995cm''处。此外，Micro-PCMs光谱中波数1261fi处为Na2HP04的吸收峰，波数1137cmi处为PO2的对称伸缩峰和一CH3的不对称变角振动峰叠加，而这些特征峰都没有明显出现在PMMA的光谱中。由此图可知，微胶囊中包含壁材PMMA和芯材DSP的特征峰，说明微胶囊中芯材与壁材已良好地物理性复合，并未生成新的物质。2.2芯壁比对微胶囊热物理性能的影响采用DSC测量不同芯壁比微胶囊样品Di，D2和D3的相变温度和相变潜热，由图2-5可知：芯材

7、原料DSP在34.72°C时出现很强的吸热峰，并释放出177.8J/g的相变潜热。值得注意的是微胶囊样品Di,D2和D3分别在50.63°C,50.74°C和51.51°C处释放54.98J/g,96.25J/g和142.90J/g的相变潜热。这比纯芯材DSP的相变温度升高了许多，而对应的相变潜热也下降了很多。同时，在相同温度范围内PMMA并未出现任何吸热或放热峰。因此，微胶囊中能量的C存