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基本信息

项目名称:
太阳能季节性相变储热材料的制备与表征
小类:
能源化工
简介:
提高能源利用效率、节能减排和开发可再生能源成为当前人类面临的重要课题,本作品以工业废料低含量微硅粉为载体,以硬脂酸为相变材料,采用溶液真空注入法制备了硬脂酸/微硅粉复合相变储热材料,该复合储热材料可用于建筑智能调温、太阳能季节性储热。本作品拓展了复合相变储热材料的载体范围和废弃微硅粉新的应用领域,有望解决微硅粉的环境污染和节约资源等问题。
详细介绍:
能源是人类生存和发展的基础,与社会的发展和经济繁荣息息相关。随着人类社会的进步和工业经济的飞速发展,能源短缺和环境污染问题已经成为世界各国面临的共同问题。因此,提高能源利用效率、节能减排和开发可再生能源成为当前人类面临的重要课题,本作品以工业废料低含量微硅粉为载体,以硬脂酸为相变材料,采用溶液真空注入法制备了硬脂酸/微硅粉复合相变储热材料。结果表明硬脂酸和微硅粉的最佳复合比例为0.9:1,复合过程中SA与SF之间形成氢键并按 46%的比例附着于SF表面。复合储热材料在熔融和结晶过程中的相变焓分别为82.53J/g和84.47J/g,其储热能力和硬脂酸的含量成正比。200次热循环实验显示该复合储热材料具有优异的储热和结构稳定性。本作品提供了可用于建筑智能调温、太阳能季节性储热的复合相变储热材料的思路,拓展了复合相变储热材料的载体范围和废弃微硅粉新的应用领域,有望解决微硅粉的环境污染和节约资源等问题。

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  • 太阳能季节性相变储热材料的制备与表征

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

能源是人类生存和发展的基础,随着人类社会的进步和工业经济的飞速发展,能源短缺和环境污染问题已经成为世界各国面临的共同问题。因此,提高能源利用效率、节能减排和开发可再生能源成为当前人类面临的重要课题。由于能源(尤其是太阳能)的供给与需求在时间和强度均具有不匹配性和不均匀性,因此,解决能源问题的关键是发展热能储存技术。 利用相变材料的相变潜热进行能量储存与释放的相变储热技术是最具规模化应用前景的一种储热技术,该技术具有储热密度大、储热/放热过程近似于恒温和储热/放热可控等优点,在实际使用中也具有设备简单,体积小,设计灵活,使用方便和易于管理的优点。单一的相变储热材料虽然储热性能优良,但存在热导率较低,传热性能差、相变过程中相变材料易泄漏以及无机盐的腐蚀性、过冷和相分离等缺点。 作品提出以具有大比表面积的工业废气原料微硅粉作为支撑材料,利用界面作用吸附相变储热材料而制得复合相变储热材料。由于载体微硅粉对相变材料具有强烈的吸附作用,因此可解决传统相变材料在发生固-液相变时的泄漏问题,同时载体微硅粉中含有碳粉可提高复合储热材料的热导率。此外,低含量的工业废弃物微硅粉常用于制备建筑材料或水泥添加剂,因此利用微硅粉制备太阳能季节性复合相变储热材料不仅可解决微硅粉的环境污染问题,而且将其用做建筑材料可提高居室环境的舒适度。 本作品制备的复合储热材料在熔融和结晶过程中的相变焓分别为82.53J/g和84.47J/g,大于常见同类产品的储热能力,且200次热循环具有优异的储热和结构稳定性。

科学性、先进性

以具有大比表面积或微孔结构的无机物作为支撑材料,利用多孔介质与熔融态相变材料液面的压差将相变材料注入到多孔介质中形成吸附型复合相变储热材料是解决单一相变材料缺陷的重要手段。常见的可用做建筑材料的蒙脱石及其改性物、海泡石及其改性物、皂土、凹凸棒石、蛭石、珍珠岩等载体已成为制备复合相变储热材料的研究热点。 作品提出以工业废弃低含量微硅粉为载体吸附传统相变材料制备可用于建筑智能调温、太阳能季节性储热的复合相变储热材料的思路拓展了复合相变储热材料的载体范围,提供了废弃微硅粉新的应用领域,有利于解决微硅粉的环境污染问题和节约资源。

获奖情况及鉴定结果

作品所处阶段

中试阶段

技术转让方式

技术入股

作品可展示的形式

样品 图片 论文

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

该产品可以通过和建筑材料复合用于建筑外墙或基体,也可单独用于废热回收和太阳能储热等领域。若单独用于太阳能储热或废热回收等领域则需采用简单的储热容器进行承装。 受我国整体能源供应体系的影响,我国北方地区城乡能源消耗量巨大,污染严重。但我国北方地区太阳能辐照好,因此太阳能储热利用是替代化石燃料和常规锅炉房的最佳模式。同时我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》已将能源列为重点领域,将太阳能等可再生能源的规模化开发利用列为重点领域和优先发展的主题。因此,从国民经济和社会发展的需求看,有关热能利用与存储技术的研究有利于推动热能更广范围、更高层次的综合利用,有利于实现节能减排和低碳经济的目标,太阳能储热技术的开发,将大力拉动我国太阳能热利用市场的发展,促进太阳能光热产业产能得到更好的释放。

同类课题研究水平概述

储热技术按储热周期分为季节性储热和短期储热,按储热形式可分为显热储存、潜热储存和化学反应热储存。 显热储热是指利用储热材料自身的高热容和高热导率通过温度的升高来储存能量。显热储存过程只发生温度的变化,储热方式简单,成本低。目前普遍采用的显热储热材料为水、砾石和土壤等。化学反应热储存技术实际上就是利用物质相接触时发生化学反应而将化学能转化为热能并加以存储利用的一种储存技术,其最大的优点是储能密度高,且储能体系可通过催化剂或反应物与产物的分离实现热能的长期储存。潜热储热技术利用相变材料(发生相变时的潜热进行能量的储存与释放,所以也称为相变储能。相变储热具有储热密度大、储热/放热过程近似于恒温和储热/放热可控等优点。欧美国家20多年的研究经验表明相变储热是最具规模化应用前景的一种储热技术。 大量的有机材料、无机材料和共晶混合物因其特有的熔解温度和潜热储存能力而被定义为PCMs。已知的PCMs几乎可以满足任何温度范围的使用需求,但无机PCMs因腐蚀性、过冷严重和相分离等缺陷而限制了应用范围。与无机类PCMs相比,有机类PCMs在固态时成型性较好,一般不容易出现过冷和相分离,具有腐蚀性较小、稳定、毒性小和成本低等优点。因此,有机类PCMs不仅在太阳能储存中受到了重视,而且在空调系统冷能储存中也得到了认可。常用的有机相变储热材料为石蜡类、羧酸类、羧酸酯类、多元醇类和聚醚类等及其共熔物。 单一的相变材料储热性能优良,但存在热导率较低,传热性能差、相变过程中相变材料易泄漏以及无机盐的腐蚀性、过冷和相分离等缺点。通过将其注入多孔材料,或添加高导热率材料如铜粉、铝粉或石墨等作为填充物,或配置密度低导热性好的材料依靠换热面积的增加可提高传热性能,也可通过寻找特殊的盛装容器防止泄漏和提高热导率,但这些强化方式均未能彻底解决单一相变材料的本质问题。 以具有大比表面积或微孔结构的无机物作为支撑材料,利用多孔介质与熔融态PCMs液面的压差将PCMs注入到多孔介质中形成多孔基质吸附型复合PCMs是解决单一PCMs缺陷的重要手段。此类复合材料常用的载体为膨胀石墨、粘土和珍珠岩等。而利用废弃微硅粉为载体的复合相变储热材料未见报道。
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