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基本信息

項(xiàng)目名稱：
太陽(yáng)能季節(jié)性相變儲(chǔ)熱材料的制備與表征
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
提高能源利用效率、節(jié)能減排和開發(fā)可再生能源成為當(dāng)前人類面臨的重要課題，本作品以工業(yè)廢料低含量微硅粉為載體，以硬脂酸為相變材料，采用溶液真空注入法制備了硬脂酸/微硅粉復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，該復(fù)合儲(chǔ)熱材料可用于建筑智能調(diào)溫、太陽(yáng)能季節(jié)性儲(chǔ)熱。本作品拓展了復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的載體范圍和廢棄微硅粉新的應(yīng)用領(lǐng)域，有望解決微硅粉的環(huán)境污染和節(jié)約資源等問題。
詳細(xì)介紹：
能源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，與社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)繁榮息息相關(guān)。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為世界各國(guó)面臨的共同問題。因此，提高能源利用效率、節(jié)能減排和開發(fā)可再生能源成為當(dāng)前人類面臨的重要課題，本作品以工業(yè)廢料低含量微硅粉為載體，以硬脂酸為相變材料，采用溶液真空注入法制備了硬脂酸/微硅粉復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料。結(jié)果表明硬脂酸和微硅粉的最佳復(fù)合比例為0.9：1，復(fù)合過程中SA與SF之間形成氫鍵并按 46%的比例附著于SF表面。復(fù)合儲(chǔ)熱材料在熔融和結(jié)晶過程中的相變焓分別為82.53J/g和84.47J/g，其儲(chǔ)熱能力和硬脂酸的含量成正比。200次熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)顯示該復(fù)合儲(chǔ)熱材料具有優(yōu)異的儲(chǔ)熱和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本作品提供了可用于建筑智能調(diào)溫、太陽(yáng)能季節(jié)性儲(chǔ)熱的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的思路，拓展了復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的載體范圍和廢棄微硅粉新的應(yīng)用領(lǐng)域，有望解決微硅粉的環(huán)境污染和節(jié)約資源等問題。

作品圖片

  • 太陽(yáng)能季節(jié)性相變儲(chǔ)熱材料的制備與表征

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

能源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為世界各國(guó)面臨的共同問題。因此，提高能源利用效率、節(jié)能減排和開發(fā)可再生能源成為當(dāng)前人類面臨的重要課題。由于能源（尤其是太陽(yáng)能）的供給與需求在時(shí)間和強(qiáng)度均具有不匹配性和不均勻性，因此，解決能源問題的關(guān)鍵是發(fā)展熱能儲(chǔ)存技術(shù)。 利用相變材料的相變潛熱進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存與釋放的相變儲(chǔ)熱技術(shù)是最具規(guī)?；瘧?yīng)用前景的一種儲(chǔ)熱技術(shù)，該技術(shù)具有儲(chǔ)熱密度大、儲(chǔ)熱/放熱過程近似于恒溫和儲(chǔ)熱/放熱可控等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際使用中也具有設(shè)備簡(jiǎn)單，體積小，設(shè)計(jì)靈活，使用方便和易于管理的優(yōu)點(diǎn)。單一的相變儲(chǔ)熱材料雖然儲(chǔ)熱性能優(yōu)良，但存在熱導(dǎo)率較低，傳熱性能差、相變過程中相變材料易泄漏以及無(wú)機(jī)鹽的腐蝕性、過冷和相分離等缺點(diǎn)。 作品提出以具有大比表面積的工業(yè)廢氣原料微硅粉作為支撐材料，利用界面作用吸附相變儲(chǔ)熱材料而制得復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料。由于載體微硅粉對(duì)相變材料具有強(qiáng)烈的吸附作用，因此可解決傳統(tǒng)相變材料在發(fā)生固-液相變時(shí)的泄漏問題，同時(shí)載體微硅粉中含有碳粉可提高復(fù)合儲(chǔ)熱材料的熱導(dǎo)率。此外，低含量的工業(yè)廢棄物微硅粉常用于制備建筑材料或水泥添加劑，因此利用微硅粉制備太陽(yáng)能季節(jié)性復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料不僅可解決微硅粉的環(huán)境污染問題，而且將其用做建筑材料可提高居室環(huán)境的舒適度。 本作品制備的復(fù)合儲(chǔ)熱材料在熔融和結(jié)晶過程中的相變焓分別為82.53J/g和84.47J/g，大于常見同類產(chǎn)品的儲(chǔ)熱能力，且200次熱循環(huán)具有優(yōu)異的儲(chǔ)熱和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

科學(xué)性、先進(jìn)性

以具有大比表面積或微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物作為支撐材料，利用多孔介質(zhì)與熔融態(tài)相變材料液面的壓差將相變材料注入到多孔介質(zhì)中形成吸附型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料是解決單一相變材料缺陷的重要手段。常見的可用做建筑材料的蒙脫石及其改性物、海泡石及其改性物、皂土、凹凸棒石、蛭石、珍珠巖等載體已成為制備復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的研究熱點(diǎn)。 作品提出以工業(yè)廢棄低含量微硅粉為載體吸附傳統(tǒng)相變材料制備可用于建筑智能調(diào)溫、太陽(yáng)能季節(jié)性儲(chǔ)熱的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的思路拓展了復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的載體范圍，提供了廢棄微硅粉新的應(yīng)用領(lǐng)域，有利于解決微硅粉的環(huán)境污染問題和節(jié)約資源。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)入股

作品可展示的形式

樣品 圖片 論文

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

該產(chǎn)品可以通過和建筑材料復(fù)合用于建筑外墻或基體，也可單獨(dú)用于廢熱回收和太陽(yáng)能儲(chǔ)熱等領(lǐng)域。若單獨(dú)用于太陽(yáng)能儲(chǔ)熱或廢熱回收等領(lǐng)域則需采用簡(jiǎn)單的儲(chǔ)熱容器進(jìn)行承裝。 受我國(guó)整體能源供應(yīng)體系的影響，我國(guó)北方地區(qū)城鄉(xiāng)能源消耗量巨大，污染嚴(yán)重。但我國(guó)北方地區(qū)太陽(yáng)能輻照好，因此太陽(yáng)能儲(chǔ)熱利用是替代化石燃料和常規(guī)鍋爐房的最佳模式。同時(shí)我國(guó)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》已將能源列為重點(diǎn)領(lǐng)域，將太陽(yáng)能等可再生能源的規(guī)?；_發(fā)利用列為重點(diǎn)領(lǐng)域和優(yōu)先發(fā)展的主題。因此，從國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求看，有關(guān)熱能利用與存儲(chǔ)技術(shù)的研究有利于推動(dòng)熱能更廣范圍、更高層次的綜合利用，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，太陽(yáng)能儲(chǔ)熱技術(shù)的開發(fā)，將大力拉動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能熱利用市場(chǎng)的發(fā)展，促進(jìn)太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能得到更好的釋放。

同類課題研究水平概述

儲(chǔ)熱技術(shù)按儲(chǔ)熱周期分為季節(jié)性儲(chǔ)熱和短期儲(chǔ)熱，按儲(chǔ)熱形式可分為顯熱儲(chǔ)存、潛熱儲(chǔ)存和化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)存。 顯熱儲(chǔ)熱是指利用儲(chǔ)熱材料自身的高熱容和高熱導(dǎo)率通過溫度的升高來儲(chǔ)存能量。顯熱儲(chǔ)存過程只發(fā)生溫度的變化，儲(chǔ)熱方式簡(jiǎn)單，成本低。目前普遍采用的顯熱儲(chǔ)熱材料為水、礫石和土壤等。化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)存技術(shù)實(shí)際上就是利用物質(zhì)相接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能并加以存儲(chǔ)利用的一種儲(chǔ)存技術(shù)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能密度高，且儲(chǔ)能體系可通過催化劑或反應(yīng)物與產(chǎn)物的分離實(shí)現(xiàn)熱能的長(zhǎng)期儲(chǔ)存。潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)利用相變材料（發(fā)生相變時(shí)的潛熱進(jìn)行能量的儲(chǔ)存與釋放，所以也稱為相變儲(chǔ)能。相變儲(chǔ)熱具有儲(chǔ)熱密度大、儲(chǔ)熱/放熱過程近似于恒溫和儲(chǔ)熱/放熱可控等優(yōu)點(diǎn)。歐美國(guó)家20多年的研究經(jīng)驗(yàn)表明相變儲(chǔ)熱是最具規(guī)?；瘧?yīng)用前景的一種儲(chǔ)熱技術(shù)。 大量的有機(jī)材料、無(wú)機(jī)材料和共晶混合物因其特有的熔解溫度和潛熱儲(chǔ)存能力而被定義為PCMs。已知的PCMs幾乎可以滿足任何溫度范圍的使用需求，但無(wú)機(jī)PCMs因腐蝕性、過冷嚴(yán)重和相分離等缺陷而限制了應(yīng)用范圍。與無(wú)機(jī)類PCMs相比，有機(jī)類PCMs在固態(tài)時(shí)成型性較好，一般不容易出現(xiàn)過冷和相分離，具有腐蝕性較小、穩(wěn)定、毒性小和成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，有機(jī)類PCMs不僅在太陽(yáng)能儲(chǔ)存中受到了重視，而且在空調(diào)系統(tǒng)冷能儲(chǔ)存中也得到了認(rèn)可。常用的有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料為石蠟類、羧酸類、羧酸酯類、多元醇類和聚醚類等及其共熔物。 單一的相變材料儲(chǔ)熱性能優(yōu)良，但存在熱導(dǎo)率較低，傳熱性能差、相變過程中相變材料易泄漏以及無(wú)機(jī)鹽的腐蝕性、過冷和相分離等缺點(diǎn)。通過將其注入多孔材料，或添加高導(dǎo)熱率材料如銅粉、鋁粉或石墨等作為填充物，或配置密度低導(dǎo)熱性好的材料依靠換熱面積的增加可提高傳熱性能，也可通過尋找特殊的盛裝容器防止泄漏和提高熱導(dǎo)率，但這些強(qiáng)化方式均未能徹底解決單一相變材料的本質(zhì)問題。 以具有大比表面積或微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物作為支撐材料，利用多孔介質(zhì)與熔融態(tài)PCMs液面的壓差將PCMs注入到多孔介質(zhì)中形成多孔基質(zhì)吸附型復(fù)合PCMs是解決單一PCMs缺陷的重要手段。此類復(fù)合材料常用的載體為膨脹石墨、粘土和珍珠巖等。而利用廢棄微硅粉為載體的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料未見報(bào)道。
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