室温熔盐水合物相变储能材料的理论和实验研究

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随着社会的发展,人们生活水平的提高,人类对能源的需求日益增加,但能源的利用率仍不是很高,能源供应紧张和环境保护问题日益突出。研发能充分利用低温热源的新能源是解决能源紧张的重要途径。室温相变储能材料是一种很重要的高效建筑节能材料,它具有可以充分利用低温热源热量、储能密度大、相变焓大、成本低廉等优点。然而目前已发现熔点在15℃-25℃之间的无机相变储能材料非常稀少,且价格较贵。能否开发出更廉价、更安全(无安全隐患)、性能更优异的室温相变储能材料,将是室温相变储能材料走向实际应用的关键。然而,现有的“炒菜”式寻找方法极为耗时耗财,为此,本研究采用热力学模型对价格低廉、储能密度大的多元盐水体系进行相图计算,寻找相变温度在15℃-25℃之间的室温相变储能新材料,主要的工作有:1)评述了热力学模型的研究及其应用现状,选择了一种可靠的热力学模型——BET模型用于室温相变材料的理论预测,并对BET模型重新进行理论假定和推导,扩展了其应用范围。2)根据模型研究的理论结果,编写了参数拟合和相图预测的程序。3)拟合NH4NO3的模型参数,结合已有的LiNO3、Mg(NO32和NaNO3模型参数,用BET模型预测了三元体系LiNO3-NH4NO3-H2O、LiNO3-Mg(NO32- H2O、LiNO3-NaNO3-H2O和四元体系LiNO3-Mg(NO32-NaNO3-H2O的多温溶解度相图,寻找这些体系中可能存在的相变温度在15℃–25℃的共晶点。4)根据理论预测的结果,对预测的相变温度在15℃-25℃的熔盐水化物材料进行物性检验,包括材料的冷却放热曲线、升温曲线等的测试。通过利用BET模型对以锂、镁盐为基础的多元盐水体系进行相图预测,研究发现在三元体系LiNO3-NH4NO3-H2O中存在一个相变温度为16℃的共晶点,其组成为:LiNO3·3H2O:66.17 wt.%,,NH4NO3:33.83 wt.%;四元体系LiNO3- Mg(NO32-NaNO3-H2O中存在一个相变温度为24.25℃的共晶点,其组成为:LiNO3·3H2O:67.4 wt.%,Mg(NO32·6H2O:26.9 wt.%,NaNO3:5.7 wt.%。通过对以上两个材料的物性检验,所预测的该配比共晶点符合室温相变储能材料的要求。还通过实验研究,在LiNO3-KNO3-H2O和LiNO3-Mg(NO32-KNO3-H2O两个体系中找到了两个室温相变储能材料。本文通过理论预测和实验验证,获得四个目前未见世界上任何文献报道、具有我国自主知识产权的室温相变储能新材料。
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