【摘 要】
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相变储能技术是缓解能量供需时空不匹配,提升能源综合利用率的重要手段。该技术核心在于寻找温度匹配、性能优异且廉价易得的相变材料。水合盐因温度涵盖范围广、储能密度高和安全无毒等优点受到了广泛关注。其中,KAl（SO4）2·12H2O（Alum）和NH4Al（SO4）2·12H2O（AAS）的相变潜热高于绝大多数水合盐,具有重要研究意义和极大应用潜力。然而,过冷度大、导热率低和液相泄漏腐蚀等水合盐常见缺
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相变储能技术是缓解能量供需时空不匹配,提升能源综合利用率的重要手段。该技术核心在于寻找温度匹配、性能优异且廉价易得的相变材料。水合盐因温度涵盖范围广、储能密度高和安全无毒等优点受到了广泛关注。其中,KAl（SO4）2·12H2O（Alum）和NH4Al（SO4）2·12H2O（AAS）的相变潜热高于绝大多数水合盐,具有重要研究意义和极大应用潜力。然而,过冷度大、导热率低和液相泄漏腐蚀等水合盐常见缺陷限制了其推广应用。同时,相变温度接近于水的蒸发温度,易流失结晶水从而导致热循环稳定性差也是其不可忽视的问题。针对上述缺点,本文致力于高性能的硫酸铝盐相变储能材料的制备及性能研究,以推动其在中低温热利用领域的应用。为降低硫酸铝盐的相变温度但仍保持高潜热的优势,选用高潜热的赤藓糖醇（E）作为另一相变单体,通过熔融共混制备了Alum-E和AAS-E两种无机-有机低共熔相变储能材料。结合目视法和DSC分析确定了Alum-E和AAS-E低共熔物中E的含量为35wt%和37 wt%,对应相变温度分别为72.46℃和73.20℃,相变潜热为242.4 J/g和257.4J/g。通过测定不同E含量的Alum-E和AAS-E混合物的热物性发现,低共熔相变材料过冷度小,无相分离现象。250次冷-热循环试验表明,相比于AAS-E,Alum-E潜热衰减率仅2.72%,相变潜热仍高达235.8 J/g,具有更优异的热循环稳定性。为解决导热性较差以及固-液相变时液相泄漏问题,以膨胀石墨（EG）作为导热增强基体和封装载体,制备了Alum-E/EG复合相变材料。通过泄漏试验和表观形貌观察优化EG添加量为15 wt%。EG不仅具有良好的封装效果,而且提高了材料的储/放热速率,同时能提供成核位点,加快结晶速率。EG含量为15 wt%时,Alum-E/EG相变温度为72.19℃,潜热为208.1 J/g,表观密度为870 kg/m~3时热导率为8.363 W/（m·K）,过冷度仅0.2℃。此外,光热转化性能测试表明EG还能提高材料的光热转化和热储存效率。光照功率为100 m W/cm~2时,Alum-E/EG的光热转化效率相比Alum-E提高了22.02%。为研究两种硫酸铝盐低共熔相变材料的腐蚀特性,选用304不锈钢、铝片、黄铜和紫铜开展周期为30天的全浸式冷-热循环腐蚀试验。对腐蚀后样品进行SEM观察、XRD和EDS分析,结果表明两种硫酸铝盐低共熔物与铝片的兼容性较差,主要发生化学腐蚀;与黄铜和紫铜腐接触腐蚀程度较轻,主要是颜色上的变化;而两者对不锈钢腐蚀差别较大,后者对其腐蚀更为严重。
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