【摘 要】
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人类的生产生活与热能利用密切相关,为了提高能源利用效率,解决热能供需间的不匹配问题,高性能储热材料的开发迫在眉睫。硝酸盐是目前被广泛应用的高性能相变材料之一,其成本低、储热密度大,在太阳能热利用,工业余热回收等领域应用前景广阔,但是仍存在液态泄露等问题,定型复合相变储热材料的开发可在一定程度上缓解这一问题。然而现有定型复合相变储热材料中基体材料的制备需要消耗大量的能源与天然矿物。为了进一步解决硝酸
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人类的生产生活与热能利用密切相关,为了提高能源利用效率,解决热能供需间的不匹配问题,高性能储热材料的开发迫在眉睫。硝酸盐是目前被广泛应用的高性能相变材料之一,其成本低、储热密度大,在太阳能热利用,工业余热回收等领域应用前景广阔,但是仍存在液态泄露等问题,定型复合相变储热材料的开发可在一定程度上缓解这一问题。然而现有定型复合相变储热材料中基体材料的制备需要消耗大量的能源与天然矿物。为了进一步解决硝酸盐熔盐液态泄露,降低定型复合相变储热材料的制备成本,节约自然资源,本文选择以硝酸盐（硝酸钠和太阳盐）为相变材料,储量巨大且再利用率较低的固体废弃物粉煤灰为基体材料,通过混合-压块-烧结的制备方法制备了定型复合相变储热材料。采用XRD、FT-IR、SEM、DSC和导热分析仪等手段对粉煤灰和定型复合相变储热材料的化学成分、热性能、化学相容性以及冷-热循环特性进行了研究。论文具体研究内容如下:（1）粉煤灰/硝酸钠定型复合相变储热材料的热物性研究。首先对基体材料粉煤灰的化学成分、微观形貌及比表面积进行表征,讨论其可行性。之后对制备的定型复合材料进行相关研究,结果表明:粉煤灰/硝酸钠定型复合相变储热材料的最佳压力为15MPa,烧结温度为350℃,粉煤灰粒子间孔隙较多,与硝酸钠熔盐具有良好的相容性,粉煤灰的含量为40 wt%时,定型复合相变储热材料形状完整,无裂纹且没有熔盐泄漏,SEM表明存在粉煤灰粒子间的孔隙,4:6粉煤灰-硝酸钠定型复合相变材料的相变温度为300.3℃,熔化潜热为85.6 J/g,热导率为0.4531 W/（m·K）,随着粉煤灰含量的增加,复合材料的潜热和热导率都降低。经过100次冷热循环后,4:6粉煤灰-硝酸钠定型复合相变材料热焓减少了9.3%,质量损失为3.41%,在外观和化学相容性方面表现出良好的循环稳定性。（2）粉煤灰/太阳盐定型复合相变储热材料的热物性研究。选取熔点低、热导率高的熔融盐-太阳盐（60 wt%硝酸钠-40 wt%硝酸钾）为相变材料,粉煤灰为基体材料,制备了不同质量比的定型复合相变储热材料,研究结果表明:粉煤灰/太阳盐定型复合相变储热材料的最佳压力为15 MPa,烧结温度为260℃,5:5粉煤灰-太阳盐和4:6粉煤灰-太阳盐的定型复合相变储热材料形状完整,通过SEM分析表明两者储热材料整体结构嵌合,不存在粉煤灰粒子间的孔隙,两者的相变温度分别为212.1℃和210.6℃,熔化潜热分别为54.4 J/g和64.1 J/g,热导率分别为0.5764 W/（m·K）和0.6471 W/（m·K）。对样品进行100次冷热循环处理,两者的焓减少分别为6.7%和5.2%,两者的质量减少分别为2.3%和1.98%,以太阳盐为相变材料所制备的定型复合相变储热材料具有良好的热稳定性,有望成为一种低成本的中高温定型复合相变储热材料。
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