二氧化硅复合相变储能材料的制备与性能.pdf

月桂酸／－氧化硅复合相变储能材料的制备与性能１５月桂酸／－－氧化硅复合相变储能材料的制备与性能ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＬａｕｒｉｃＡｃｉｄ／ＳｉＯ２ＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ马烽，宗学刚，陈明辉，李永超（山东轻工业学院化学工程学院，济南２５０３５３）———ＭＡＦｅｎｇ，ＺＯＮＧＸｕｅｇａｎｇ，ＣＨＥＮＭｉｎｇｈｕｉ，ＬＩＹｏｎｇｃｈａｏ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙ，Ｊｉｎａｎ２５０３５３，Ｃｈｉｎａ）摘要：以月桂酸为相变材料，二氧化硅为基体，采用溶胶一凝胶法将相变材料嵌入到ＳｉＯｚ网络空间内，制备出月桂酸／二氧化硅复合相变储能材料。采用ＩＲ，ＳＥＭ及ＤＳＣ对复合相变储能材料进行了结构、形貌以及热性能表征。结果表明：℃含相变材料６９．１质量分数的复合材料相变温度为４３．１，相变潜热高达１０４．６４Ｊ／ｇ，相变材料均匀地嵌入到ＳｉＯｚ网络空间内，发生相变时不泄露。同时二氧化硅作为基体材料形成空间传热网格，较大提高了相变材料的导热性能。关键词：溶胶一凝胶法；月桂酸；二氧化硅；相变；储能中图分类号：ＴＢ３４文献标识码：Ａ—文章编号：１００１４３８１（２０１ｏ）０４－００１５－０３—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｕｒｉｃａｃｉｄｗａｓｉｍｂｅｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｎｅｔｏｆｓｉｌｉｃｏｎｄｉｏｘｉｄｅ（ＳｉＯ２）ｔｏｐｒｅｐａｒｉｎｇｌａｕｒｉｃａｃｉｄ／ｓｉｌｉ—ｃｏｎｄｉｏｘｉｄｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｂｙｓｏｌｇｅｌｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｓｕｃｈａｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，１ａｕｒｉｃａｃｉｄｓｅｒｖｅｄａｓａｌａｔｅｎｔｈｅａｔｓｔｏｒａｇｅｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｄｉｏｘｉｄｅａｃｔｓａｓａｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａ１．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＩＲ，ＳＥＭａｎｄＤＳＣ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ６９．１（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）ｌａｕｒｉｃａｃｉｄ℃—ｈａｄａｍｅｌｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ４３．１ａｎｄｌａｔｅｎｔｈｅａｔｏｆ１０４．６４Ｊ／ｇ．Ｌａｕｒｉｃａｃｉｄｗａｓｕｎｉｆｏｒｍｌｙｉｍｂｅｄ—ｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｎｅｔｏｆｓｉｌｉｃｏｎｄｉｏｘｉｄｅｗｉｔｈｏｕｔｍｅｌｔｅｄｌｅａｋａｇｅｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｂｙｕｓｉｎｇｓｉｌｉｃｏｎｄｉｏｘｉｄｅａｓａｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａ１．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｇｅｌｍｅｔｈｏｄ；ｌａｕｒｉｃａｃｉｄ；ｓｉｌｉｃｏｎｄｉｏｘｉｄｅ；ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ；ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ相变储能是利用相变材料的相变潜热进行能量贮存的一项新型环保节能技术。相变材料是在其本身发生相变的过程中，吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境放出热（冷）量，而达到控制周围环境温度和节能的目的＿】］。利用此特性不仅可制造出各种提高能源利用率的设施，同时由于其相变时温度近似恒定，可以用于调整周围环境的温度。它已在制冷低温、太阳能利用、建筑节能、热能回收、航空航天等领域获得广泛的应用］。常用的相变储能材料主要包括有机物和无机物两大类。绝大多数无机物相变储能材料具有腐蚀性，而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点；而有机物相变储能材料腐蚀性小，几乎没有相分离的缺点，且化学性能稳定，但有机物相变储能材料普遍存在导热系数低的缺点。将各类储能材料与合适的基体材料复合，复合材料兼具有机、无机储能材料的优点，强化储能蓄（放）热过程的传热，并解决储能材料液相的泄漏和腐蚀问题，是相变储能材料研究的热点之一［３－５３。本工作针对有机物相变储热材料存在的导热系数低、性能不稳定的缺点，提出了将有机物相变储能材料与无机物进行复合制备有机／无机复合相变储能材料“”的新方案，采用溶胶一凝胶工艺］，利用多￣Ｌ－－－氧化硅具有良好的吸附性能的特点，将有机物月桂酸嵌入到ＳｉＯｚ的三维网络内，制备出月桂酸／二氧化硅复合相变储能材料。在毛细作用力和表面张力的作用下，月桂酸在发生固液相变的时候很难从二氧化硅的微孔结构内渗透出来，从而抑制了月桂酸在蓄热技术中应用时的液体流动问题。同时二氧化硅提高了复合相变材料的导热性能。月桂酸／二氧化硅复合相变储能材料的制备与性能１７芭＼言要矗士ｆ邑、≥昌－。ｖ℃Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／图３月桂酸的ＤＳＣ曲线Ｆｉｇ．３ＤＳＣｃｕｒｖｅｏｆｌａｕｒｉｅａｃｉｄ图４月桂酸／ｚ氧化硅复合材料的ＤＳＣ曲线Ｆｉｇ．４ＤＳＣｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｌａｕｒｉｃａｃｉｄ／ＳｉＯｚｃｏｍｐｏｓｉｔｅ表１月桂酸／二氧化硅复合相变储能材料的相变温度和相变焓Ｔａｂｌｅ１Ｄａｔａｏｆｍｅｌｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｌａｔｅｎｔｈｅａｔｏｆｌａｕｒｉｃａｃｉｄ／ＳｉＯ２ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ能也会随之下降，而且实验发现随着相变材料含量的进一步增加，由于一定的二氧化硅的网络空间固定能力有限，导致过多的相变材料不能被固定，出现相变时有液体流动问题。实验发现当月桂酸质量分数达到６９．１时，相变材料发生相变时不会出现流动现象，因此选择该月桂酸质量分数，以实现定形复合相变储能材料高导热性能和高相变焓值。３结论（１）用二氧化硅的空间网络多孔结构，采用有较大相变潜热的月桂酸作为相变储能材料，溶胶一凝胶法制备出月桂酸／二氧化硅无机一有机复合定形相变材料。（２）复合相变储能材料的相变温度和相变潜热随月桂酸质量分数的增加而增大，但相变温度变化不大，当月桂酸质量分数增加到一定值时，实验发现有相变材料没被固定，加热到相变温度时，有相变材料从二氧化硅的空间网络多孑Ｌ结构中熔融溢出；相变材料质量℃分数为６９．１时，复合材料的相变温度为４３．１，相变焓为１０４．６４Ｊ／ｇ，相变材料发生相变时不会出现流动现象，同时可实现定形复合相变储能材料高导热性能和高相变焓值。参考文献［１］李建立，薛平，丁文赢，等．定形相变材料研究现状［Ｊ］．化工进展，—２００７，１０（２６）：１４２５１４２８．［２］陈爱英，江学英，曹学增．相变储能材料的研究进展与应用Ｉ－Ｊ］．材—料导报，２００３，１７（５）：４２４４．［３］李辉，方贵银．具有多孔基体复合相变储能材料研究Ｉ－Ｊ］．材料科—学与工程学报，２００３，２１（６）：８４２８４４．［４］ＡＭＡＲＭＫＨＵＤＨＡＩＲ，ＭＯＨＡＭＭＥＤＭＦＡＲＩＤ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅ—ｂｙｌａｔｅｎｔｈｅａｔｕｓｉｎｇｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｌ，Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒ—ｓｉｏｎａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２００４，４５：２６３２７５．—１，５３ＡＨＭＥＴＳＡＲＩ．Ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｔｈｅｒｍａｌｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ：ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓＥＪ］．ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ—ａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２００４，４５：２０３３２０４２．—［６］孙露敏．ＳｏｌＧｅｌ法在有机无机杂化体系中制备二氧化硅微粒—Ｉ－Ｊ］．分子科学学报，２００８，２４（４）：２８４２８７．［７］刘晓蕾，刘孝波．溶胶一凝胶法制备有机／无机杂化材料研究进展—［Ｊ］．高分子材料科学与工程，２００４，２（２０）：２８３１．基金项目：山东省科技计划资助项目（２００６ＧＧ２２０３０２７）；山东省教育厅科技计划资助项目（Ｊ０６１０６）————收稿日期：２００９０１１０；修订日期：２００９１２２８作者简介：马烽（１９６７一），男，博士，副教授，从事多相传热与化工新材料方面研究工作，联系地址：山东省济南市西部新城大学科技园山东轻—工业学院化学工程学院（２５０３５３），Ｅｍａｉｌ：ｆｅｎｇｍａｃｈｅｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ