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过去30年,世界能源大量消耗,出现能源危机,这种形势迫使人们寻求新的各种各样的可再生能源的替代使用。由于热量大、无污染、分布广、取之不尽用之不竭,太阳能被视为最有发展前景的新能源。其中太阳能储热材料的选择起着很大的作用,关系到热能储存与释放的效率。和其他相变储热材料相比,铝基合金适中的相变温度,高储热密度和良好的热稳定性,更适合运用于太阳能热发电系统上。
基于铝基合金上述优良的储热性能,用作太阳能热发电系统储热材料展示了明显的优越性。本文在实验组二元,三元研究基础上,设计并制备出了14种四元、五元Al-Cu-Mg-Zn-Si合金。通过等离子测试法确定合金组成成分,利用金相分析和XRD测试分析合金显微结构。通过差示扫描量热分析测试合金的相变温度和相变潜热,结合合金显热,综合评价合金单位体积储热能力。
元素种类、元素含量及物相组成均会影响铝基合金的相变温度和相变潜热。Zn元素的添加极大的降低了合金的相变潜热;Si元素的添加极大的增加了合金的相变潜热,且硅含量增多,提高相变温度;Cu元素的添加在一定程度上增加了合金的相变潜热,当接近共晶成分时,相变潜热达最大,继续添加,又逐渐减小。
铝基合金密度受添加元素的影响:硅含量增加时,合金密度减小;铜、锌含量增加时,合金密度增大。铝基合金比热容均随着添加元素量的增加而减小。因此,密度和比热容对合金显热、潜热、综合储热的影响很大。
研究表明,Al-Cu-Mg-Zn类合金的储热量较小;改变硅含量的Al-Cu-Mg-Zn-Si类合金单位体积储热量最大,但是相变温度较高,因此需严格控制硅含量;改变铜含量的Al-Cu-Mg-Zn-Si类合金单位体积储热量较大,相变温度范围适中,是最理想的储热材料。
综合所制备的14种材料来看,相变温度均在490℃左右,单位体积储热量基本都在1500 J/cm3以上,比较符合太阳能储热的热发电要求。与之前实验结果相比较,四元、五元铝基合金在相变储热方面有更好的储热性能。