高性能MgCl2-KCl_膨胀石墨复合相变块的制备及其导热系数提升

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1、Preparationofhigh-performanceMgCl2-KCl/expandedgraphitecompositephasechangeblockanditsthermalconductivityenhancementADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuJunwanSupervisor：Prof.FangXiaomingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ学校代号：10561学号：201520118644华南理工大学硕

2、士学位论文高性能MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块的制备及其导热系数提升作者姓名：柳俊万指导教师姓名、职称：方晓明研究员申请学位级别：工学硕士学科专业名称：能源化学工程研究方向：传热强化与过程节能论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张正国教授委员：高学农教授、方玉堂教授、袁文辉研究员、方晓明研究员摘要潜热储热技术是提高能源利用率以及开发可再生能源的重要技术。熔融盐（eutecticsalt）具有潜热大以及成本低等优点，是重要的高温相变材料，在工业余热、废热回收以及太阳能热发

3、电等领域具有广阔的应用前景。将无机熔融盐与膨胀石墨（Expandedgraphite,EG）复合不仅可以改善熔融盐的液相泄漏以及腐蚀等问题，还能提高熔融盐相变材料的导热系数。针对传统熔融吸附法制备无机熔融盐/膨胀石墨复合相变材料存在的缺陷，本论文探索了一种新的高性能MgCl2-KCl共晶盐/膨胀石墨复合相变块的制备工艺；为了进一步提高其导热系数，提出通过添加石墨纸（Graphitepaper,GP）来制备MgCl2-KCl/膨胀石墨/石墨纸复合相变块的创新方案。本实验探索出了一种制备高性能MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块的新工艺，包括先混合、再压缩以及最后热处理三个步

4、骤。液漏实验表明，MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块中共晶盐的最佳质量百分含量为85%，其熔点为424.14℃，凝固点为418.39℃，其-1，凝固焓为160.28Jg-1。与MgCl熔化焓为161.37Jg2-KCl共晶盐相比，热导率提高了11倍。为了明确新工艺制备得到的MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块的性能，对比分析了传统熔融吸附工艺（先加热熔融吸附，然后压块处理）制备的复合相变块的热物性，结果表明，新工艺制备的MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块表现出更好的均匀性和更小的体积膨胀。为了获得性能优化的MgCl2-KCl/膨胀石墨/石墨纸复合相变块，我们分别探

5、索了石墨纸含量以及压片过程中膨胀石墨的压实程度对所得复合相变块的组成和热特性的影响。结果表明，当石墨纸的含量控制为m石墨纸/m膨胀石墨=0.88附近时，压实密度为280kgm-3时，制备得到的相变块既具有较高的导热系数，又不会造成其相变焓的明显降低。采用适宜的工艺条件，即m-3石墨纸/m膨胀石墨=0.84以及膨胀石墨的压实密度为280kgm，制备出了MgCl2-KCl/膨胀石墨/石墨纸复合相变块，并将其与相同压实密度下制备的不含石墨纸的MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块进行了热特性对比。结果发现，在单位体积相-3，相比MgCl变焓上，MgCl2-KCl/膨胀石墨/石墨纸

6、为205.35MJm2-KCl/膨胀石墨复合相变块仅仅下降了1.27%，而其导热系数却高达12.76W/(mK)，是MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块的2.08倍。I综上所述，本论文研制的高性能MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块具有相变焓大、均匀性好以及体积膨胀小等优点，新提出的制备工艺易操作、效率高，添加石墨纸能有效提高其导热系数。新工艺以及高性能的MgCl2-KCl/膨胀石墨复合相变块在太阳能热发电，工业余热、废热回收等领域具有良好的应用前景。关键词：相变材料；熔融盐；MgCl2；膨胀石墨；导热系数IIABSTRACTLatentthermalenergysto

7、rageisanimportanttechnologyforincreasingenergyutilizationefficiencyandexploitingrenewableenergy.Inorganicmoltensaltshavetheadvantagesoflargelatentheatandlowcost,makingthempromisingphasechangematerialsformediumandhightemperatureapplicationssuchasindustrialwaste