无机盐陶瓷基复合储能材料制备、性能及其熔化传热过程的研究

《无机盐陶瓷基复合储能材料制备、性能及其熔化传热过程的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要热能储存技术可以解决能源供给与需求失配的矛盾，达到提高能源利用率和保护环境的目的。但是目前储能技术中应用较多的两大类储能材料——相变材料和显热材料。均存在一些缺点。如：相变材料存在释热时液．固两相界面处热阻大导致传热效果很差、化学稳定性不好、对容器腐蚀严重等缺点，显热材料存在蓄热密度小、蓄(释)热过程难控制、选材有限等缺点。因此，研制能够结合相变材料和显热材料二者优点，克服二者缺点的新型复合储能材料已经成为人们研究的热点和难点。本文提出了将无机盐和陶瓷材料进行复合的创新方法，采用混合一烧结法成功地制备出了新型

2、无机盐／陶瓷基复合储能材料，克服现有无机盐相变材料和显热材料存在的缺点。在储能过程中，这种材料可与相容性流体直接接触换热，大大提高了换热效率。本文通过实验和理论分析选择相变潜热和比热大、高温蒸汽压小的Na2SO。作为相变材料；选择与Na2SO。具有良好化学相容性，且热震稳定性好和导热系数大的二氧化硅(Si02)作为载体基质。系统地研究了Na2SOdSi02复合储能材料的制备工艺，讨论了原料配比、成型压力、烧结温度、保温时间和粘结剂用量等工艺参数对材料结构和力学性能及其显微组织的影响，从而获得Na2S04／Si02

3、复合储能材料的最佳制备工艺条件。在此基础上，通过XRD、SEM、偏光显微镜详细地研究了Na2S04／Si02复合储能材料的物相组成和显微结构。XRD结果表明，Na2S04和Si02之间没有新物质生成，二者仅仅是机械嵌合作用：SEM和偏光显微镜分析表明，Na2S04和Si02之问结合良好，不存在相分离，而且Si02的显微粗糙表面有利于把持Na2S04提高复合材料的强度，同时Si02微孔结构对Na2S04的包覆作用提高了复合材料长期反复循环中的性能稳定性。本文通过差示扫描量热仪、激光热常数仪、Instron8032材

4、料试验机和自制温度采集系统等对制备出的Na2SOdSi02复合储能材料热物理性能和热循环稳定性进行了详细的研究。其结果表明，Na2S04／Si02复合储能材料具有较高的储能密度、良好的导热性和一定的高温强度，经过长期反复循环使用后性能稳定，能够经得i广东工业大学工学博士学位论文起急冷急热的冲击。本文建立了无机盐／陶瓷基复合储能材料熔化传热过程的物理模型，并提出了一种求解此物理模型传热特性的二维数学模型．该数学模型的理论基础是显热容法理论，数值计算方法采用的是有限差分法，并编制了计算软件。利用软件计算结果研究了Na

5、2SO,dSi02复合储能材料熔化吸热特性及固液界面移动规律。分析了潜热、导热系数和Na2S04含量等因素对传热特性的影响。并采用测温法对Na2SOjSi02复舍储能材料的熔化传热特性进行了实验验证。研究结果表明，数值计算结果和实验结果吻合较好，从而证明本文提出的数学模型是合理的。Na2SOdSi02复合储能材料的成功制备和性能研究，不但为在工业余熟废热利用、电力调峰、空间太阳能发电站的应用提供了必要的实验数据和理论支持，而且对其它无机盐／陶瓷基复合储能材料的研制有重要的参考价值。关键词：无机盐，陶瓷基复合储能材

6、料：Na2S04／Si02：制备工艺；热物理性能；稳定性：熔化传热本论文得到国家自然科学基金资助：《无机盐／陶瓷基超微结构多孔介质相变过程的研究》(项目编号：59876010)ABSTRACTHeatenergystoragetechniquecallsolvetheinconsistencyofenergysupplyanddemand，improveutilizationefficiencyofenergyandconserveenvironment．Phasechangematerials(PCMs)and

7、sensibleheatmaterialsappliedintheheatenergystoragetechniquehavesomefataldisadvantages．TheheattransfereffectofPCMsisverybadontheinterfaceofsolidandliquid，thechemicalstabilityisverylow,anditwillerodethecontainer．Theheatstoragedensityofsensibleheatmaterialsisver

8、ylOW,theprocessofenergystoragingorreleasingisverydifficulttobecontrolled，andtypeofsensibleheatmaterialsisverylimitedtobeselected．Soitisthefocusanddifficultytodevelopanewtypeofcompositeene