儲(chǔ)能材料的制備方法頁P(yáng)PT課件

1、儲(chǔ)能材料的制備方法陳超儲(chǔ)能材料引言系統(tǒng)中存在著供能和耗能之間的不協(xié)調(diào)性，造成了能量利用的不合理性和大量浪費(fèi)。熱能儲(chǔ)存技術(shù)：利用物理熱的形式將暫時(shí)不用的余熱或低品位熱量?jī)?chǔ)存于適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中,在需要使用時(shí)再通過一定的方法將其釋放出來,從而解決了由于時(shí)間、空間或強(qiáng)度上熱能供給和需求間不匹配性所導(dǎo)致的能源利用率低的問題，最大限度地利用加熱過程中的熱能或余熱,提高整個(gè)加熱系統(tǒng)的熱效率。正文儲(chǔ)能材料 利用物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)變化來儲(chǔ)存能量的功能性材料,它所儲(chǔ)存的能量可以是電能、機(jī)械能、化學(xué)能或熱能,也可以是其它形式的能量。 儲(chǔ)能材料的分類顯熱式相變式化學(xué)反應(yīng)式復(fù)合式通過加熱介質(zhì)，使其溫度升高而儲(chǔ)存能量，又“熱

2、容式儲(chǔ)能”利用儲(chǔ)熱介質(zhì)被加熱到相變溫度時(shí)吸收大量相變潛熱而儲(chǔ)存能量，又“潛熱儲(chǔ)能”利用可逆化學(xué)反應(yīng)，在受冷和受熱時(shí)可發(fā)生兩個(gè)方向的反應(yīng)，分別對(duì)外吸熱或放熱，這樣可實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存綜合顯熱材料和相變材料優(yōu)點(diǎn)克服它們?nèi)秉c(diǎn)的新材料，由相變材料和載體基質(zhì)組成，在使用過程中同時(shí)利用顯熱和潛熱。顯熱式相變式化學(xué)反應(yīng)式復(fù)合式儲(chǔ)能材料：陶瓷蜂窩體、硅質(zhì)、鎂質(zhì)耐火磚、耐火泥等熱容較大的物質(zhì)固一固相變材料固一氣相變材料液一氣相變材料固一氣相變材料：無機(jī)鹽一纖維織物有機(jī)/無機(jī)類無機(jī)/無機(jī)類、無機(jī)氫化物等：多元醇、HDPE、層狀鈣鈦礦等：水合鹽、無機(jī)鹽、金屬及合金、石蠟等：如干冰：水蒸氣：石蠟/纖維織物：硬脂酸/高密度聚

3、乙烯、石蠟/混凝土：無機(jī)鹽/陶瓷基、水合鹽/混凝土相變材料的制備方法相變微膠囊法溶膠凝膠法插層復(fù)合法毛細(xì)吸附法納米微粒改性法無機(jī)/無機(jī)復(fù)合儲(chǔ)能材料水合鹽/混凝土無機(jī)鹽/陶瓷基制備方法主要有以下2種:混合燒結(jié)法熔融浸滲法1、顯熱式儲(chǔ)能材料開發(fā)利用最早的儲(chǔ)能材料,最初的儲(chǔ)能材料就是利用物質(zhì)的顯熱來儲(chǔ)存太陽能主要材料 陶瓷蜂窩體、蓄熱球、硅質(zhì)、鎂質(zhì)耐火磚、耐火泥等熱容較大的物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單安全，壽命較長(zhǎng)，成本很低缺點(diǎn)：儲(chǔ)熱密度小，蓄(釋)熱不能恒溫2、相變儲(chǔ)能材料相變材料與顯熱儲(chǔ)能材料相比,它的儲(chǔ)能密度至少高出一個(gè)數(shù)量級(jí),能夠通過相變?cè)诤銣貤l件下吸收或釋放大量的熱能,它也儲(chǔ)存顯熱由于液一氣和固一氣

4、相變過程中有大量氣體產(chǎn)生，體積變化很大,對(duì)容器的要求很高,故在實(shí)際中很少應(yīng)用。固一液和固一固相變材料是目前研究最多、最廣,也是最成熟的兩大類儲(chǔ)能材料。3、化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能材料目前研究較中的無機(jī)水合物、氫氧化物及多孔材料均有一致命缺點(diǎn),就是反應(yīng)過程中有氣體產(chǎn)生,故對(duì)反應(yīng)器的要求非?？量?，而且應(yīng)用時(shí)存在的技術(shù)復(fù)雜，一次性投資大及整體效率不高等缺點(diǎn)，因以上問題,化學(xué)儲(chǔ)能材料應(yīng)用領(lǐng)域很狹窄。目前化學(xué)儲(chǔ)能廣泛應(yīng)用于化學(xué)熱泵、化學(xué)熱管、化學(xué)熱機(jī)和滅火材料等方面4、復(fù)合儲(chǔ)能材料目前所說的復(fù)合儲(chǔ)能材料主要指有相變材料和支撐材料復(fù)合而成,且使用過程中形狀保持的儲(chǔ)能材料,又稱定形儲(chǔ)能材料。近幾年才發(fā)展起來的,它易于加

5、工，成本較低，傳熱性能好,其相變溫度在較大范圍內(nèi)可以選擇，而且具有與傳統(tǒng)相變材料相當(dāng)?shù)南嘧儩摕幔蚨兄芎玫膽?yīng)用前景。1.相變微膠囊法相變微膠囊是由高分子聚合物作為殼材，相變物質(zhì)作為芯材，通過物理方法、化學(xué)方法或者物理化學(xué)方法將相變材料包覆、封裝在一種微型膠囊內(nèi)，制成相變固體顆粒。制造方法 物理法（噴霧干燥法、噴霧冷凍法、空氣懸浮法等） 物理化學(xué)法（水相分離法、油相分離法、囊心交換法等） 化學(xué)法（界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法等）一般過程： a、內(nèi)相在介質(zhì)中的分散 b、加入成膜材料（壁材） c、壁材的沉積 d、壁膜的固化2.溶膠凝膠法一般是用有機(jī)金屬鹽類或其他高化學(xué)活性組分作為前軀體，使

6、其在醇溶液中發(fā)生水解-縮聚反應(yīng)，逐步形成具有三維網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)的凝膠體系，進(jìn)行干燥、固化等一系列相應(yīng)的后處理即可得到多孔結(jié)構(gòu)基體，實(shí)現(xiàn)相變材料的定型包覆。其最基本的反應(yīng)是： (l) 水解反應(yīng) (2) 聚合反應(yīng)存在的問題： 1、原料價(jià)格貴，有些原料健康有害； 2、所需時(shí)間較長(zhǎng)，常需要幾天或幾周； 3、干燥后會(huì)收縮。3.插層復(fù)合法插層復(fù)合法一般是將層狀無機(jī)物( 一般為層狀硅酸鹽) 作為載體，然后將有機(jī)相變材料作為客體插入到載體的層間，從而制得納米復(fù)合相變材料。過程包括: ( 1) 有機(jī)單體插層原位聚合; ( 2) 在溶液中聚合物直接插層復(fù)合; ( 3) 聚合物熔融直接插層復(fù)合。插層復(fù)合法所用的無機(jī)物

7、屬于層狀或多孔性的。4.毛細(xì)吸附法由于多孔石墨、膨脹石墨以及多孔硅酸鹽礦物具有發(fā)達(dá)的網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，具有高的表面活性、高的比表面積和非極性，內(nèi)部的孔為納米級(jí)的微孔，且含有親油基團(tuán)，這樣就對(duì)非極性相變材料具有很強(qiáng)的吸附性，因此就可形成由非極性相變材料和多孔石墨、膨脹石墨或硅酸鹽礦物組成的復(fù)合相變材料。5.納米微粒改性法由于納米微粒的不穩(wěn)定性,具有很高的表面能,極易團(tuán)聚成二次粒子。表面改性的目的就是改善納米粉體表面的可濕潤(rùn)性,增強(qiáng)納米粉體在介質(zhì)中的界面相容性,使納米粒子容易在有機(jī)化合物或水介質(zhì)中分散,提高納米粉體的應(yīng)用性能。改性方法： 化學(xué)方法、物理方法、超聲波分散及高能處理等方法第1種：噴霧干燥工

8、藝， 復(fù)雜價(jià)格較貴，但制備的粉體勻均且流動(dòng) 性好第2種：干磨陶瓷粉工藝，制備的粉體均勻性較好第3種：工藝最簡(jiǎn)單，價(jià)格最便宜，最適合工業(yè)化生產(chǎn)混合燒結(jié)法三種工藝流程：混合燒結(jié)法優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單,無機(jī)鹽的含量易于掌握,便于工業(yè)化生產(chǎn)缺點(diǎn)：較高的燒結(jié)溫度易造成無機(jī)鹽的擴(kuò)散分解性能影響因素：原材料的性能、粉體顆粒度和配比、添加劑的選擇、成型和燒結(jié)制度的選擇等熔融浸滲法（熔滲法）該工藝先按要求制備出有連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷基體，再將無機(jī)鹽熔化滲入陶瓷基體中, 也稱二級(jí)制造法工藝過程: 備料、多孔陶瓷的制備、熔融無機(jī)鹽浸漬優(yōu)點(diǎn)：能避免熔融無機(jī)鹽在高溫?zé)Y(jié)時(shí)的流失和蒸發(fā)； 制品保形性好，尺寸可精控; 有較好的綜合力學(xué)性能缺點(diǎn)：工藝較復(fù)雜，成本高；無機(jī)鹽含量有限影響熔滲的因素：慮陶瓷基體和熔體自身的熱物性溫度與熔滲時(shí)間表面活性物質(zhì)的影響儲(chǔ)能材料制備一般都要滿足以下幾點(diǎn)要求1、儲(chǔ)能密度大；對(duì)顯熱儲(chǔ)能材料要求材料的熱容大；對(duì)潛熱儲(chǔ)能材料要求相變潛熱大；對(duì)化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能材料要求反應(yīng)的熱效應(yīng)大。2、穩(wěn)定性好；對(duì)單組分材料