【摘 要】
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全球经济的飞速发展之下,是以远超预期的能源消耗为代价。在寻找新型能源替代的同时,提高现有能源的利用效率也备受关注,比如回收工业余热和储存空闲电能。热能是与人类的生活和社会生产息息相关的能源,因为大部分能量以热能形式被人们所消耗。作为最有前途的热能存储(TES)介质,相变材料(PCM)广泛用于热能存储系统,以达到提高利用效率的目的。当前,有机相变材料(OPCM)以其卓越的性能在热能存储领域具有诸多优
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全球经济的飞速发展之下,是以远超预期的能源消耗为代价。在寻找新型能源替代的同时,提高现有能源的利用效率也备受关注,比如回收工业余热和储存空闲电能。热能是与人类的生活和社会生产息息相关的能源,因为大部分能量以热能形式被人们所消耗。作为最有前途的热能存储(TES)介质,相变材料(PCM)广泛用于热能存储系统,以达到提高利用效率的目的。当前,有机相变材料(OPCM)以其卓越的性能在热能存储领域具有诸多优势,比如无过冷或过冷度低,冷热循环稳定和无相分离等优点。然而,热导率低,泄漏和易燃性问题制约着它们作为储能材料的应用。因此,如何增强热导率,控制泄漏和降低可燃性对于OPCM的应用来说至关重要。为了防止相变过程中熔融的OPCM泄漏,目前的有效策略是形状稳定技术。通过支撑材料将OPCM控制在多孔骨架中,以防止熔融过程中的泄漏物与周围环境的相互作用,而毛细作用力和表面张力进一步保证了复合材料的结构稳定性,从而提高了材料的安全性和利用效率。更重要的是,多孔骨架既用作形状稳定基材又提供热传递路径,同时解决了低热导率和泄漏难题。相变材料阻燃性能的改善方法主要有两种。第一种方法是物理混合阻燃剂,因为相容性和阻燃剂消耗量大的问题遭人诟病;第二种方法是化学改性,即将阻燃元素接枝到支撑骨架上或者OPCM链上。对比于改性骨架,OPCM的化学结构在改性后更加稳定,避免了自身受热汽化的问题。因此,被认为是一种更好的解决方案。基于以上观点,本论文的具体工作内容如下:(1)采用胶体团聚法制备了还原-氧化石墨烯气凝胶(rGO aerogel);再通过自扩散获得了rGO aerogel/eicosane复合相变材料。探究其储能潜力和光热转换效率。示差扫描量热仪(DSC)测试结果表明,复合材料的相变热焓与二十烷(eicosane)的质量分数成正比。当PCM4中eicosane含量为97.0%时,其焓值为214.8 J/g。通过50次相变循环后其DSC曲线都基本重合,证明了复合相变材料具有优良的循环性能。复合材料的最高热导率为0.4221 W/m·K。利用太阳光模拟器照射复合材料,测试并计算得到其光热转换效率约为55%。(2)十八醇(SAL)被化学接枝三氯氧磷(POCl3)得到改性十八醇(modified SAL);而SWCNT多孔骨架则通过胶体团聚法制备。最后,采用自扩散法制备了一系列的复合材料。通过化学结构表征确认,P-O-C键的出现证明SAL被改性成功。对比于SAL,modified SAL的热稳定性提高7.14wt%,潜热储存容量为156.5 J/g。复合材料的热稳定性和储能潜力与modified SAL的含量成正比,而燃烧性能测试显示modified SAL相变材料的峰值释放速率(PHRR)值从1157.0降至772.6 W/g,总热释放量(THR)也从30.1降到12.3k J/g。通过阻燃机理分析确认了SWCNT骨架与modified SAL在阻燃过程中的协同作用。
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