二氧化硅包覆熔融盐微胶囊相变材料的制备及其性能研究

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熔融盐具有相变温度高、相变潜热高和成本低等优点,是一种优异的传蓄热材料,适用于中高温应用,在太阳能发电、工业废热、余热回收等领域具有广阔的应用前景。但是,熔融盐具有易腐蚀设备和容易泄露从而导致熔融盐组分发生改变等缺点。使用一种惰性涂层将熔融盐封装起来形成微胶囊,不仅能有效解决这些问题,还可以提高其热性能。本文通过溶胶-凝胶法和界面聚合法对不同溶解性质的熔融盐进行微胶囊化,对微胶囊的表面形貌、化学成分和晶体结构进行表征,对其热性能进行测试与改善,探索得到储热性能最好的实验条件,并对比两种方法合成的微胶囊相变材料的性能,总结出性能相对较好的合成方法以及实验条件。通过溶胶-凝胶法合成了三元碳酸盐@二氧化硅微胶囊,并通过控制变量法探究了能量储存效率最高的实验条件。XRD分析结果表明,经过热处理的三元碳酸盐之间发生共晶,形成了共晶盐Li KCO3和Li Na CO3。DSC结果表明,三元碳酸盐微胶囊化后过冷度高达22.2°C,而三元碳酸盐微胶囊化前先经过热处理,可使微胶囊的过冷度降低43.7%。经热处理的三元碳酸盐微胶囊的熔化潜热为192.2 k J/kg,包覆率为84.8%。50次相变循环后循环可靠性为80.7%,表明微胶囊具有较好的循环可靠性。由于上述的溶胶-凝胶法只适用于难溶于酒精的熔融盐微胶囊化,因此,还需为易溶于酒精的熔融盐研究一种新的微胶囊化方法。所以基于界面聚合法的原理提出了一种可用于易溶于酒精的熔融盐的微胶囊合成方法,该方法只要求熔融盐易溶于水,利用该方法合成了Li NO3@Si O2微胶囊,研究了在微胶囊中掺杂Ti3C2Tx对性能的影响,并通过正交试验法探究了微胶囊能量储存效率最高的实验条件。结果表明,微胶囊具有较低的过冷度,在微胶囊中添加Ti3C2Tx可以使热导率提高78.6%。微胶囊经过50次加热-冷却循环测试后,微胶囊的熔化潜热为246.9 k J/kg,循环可靠性高达95.8%。由于本文使用的两种微胶囊合成方法对于既难溶于酒精又易溶于水的熔融盐均适用,为了对比两种方法合成的微胶囊相变材料的性能与工艺流程的优劣,分别采用溶胶-凝胶法和界面聚合法合成了Na NO3@Si O2微胶囊,并在微胶囊中掺杂Ti3C2Tx进行性能改善。实验结果表明,添加Ti3C2Tx后,溶胶-凝胶法合成的微胶囊熔化潜热、循环可靠性和热导率分别为121.7 k J/kg、96.2%和1.159 Wm-1K-1;界面聚合法合成的微胶囊熔化潜热、循环可靠性和热导率分别为134.1 k J/kg、98.4%和1.194 Wm-1K-1。在两种微胶囊中掺杂Ti3C2Tx后能大大提高热导率,循环后采用溶胶凝胶法和界面聚合法制备的微胶囊的过冷度分别为8.9℃和6.8℃。所以,在本研究中,从过冷度、热导率和循环可靠性的角度对比,界面聚合法具有更大的应用前景。
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