Investigations on Preparation and Property of Medium- and High-Temperature Composite Materials for Thermal Energy Storage

Abstract

可再生能源热利用的间歇性以及工业余热的分散性和大能级跨度都需要储热技术，其中开发高性能储热材料是发展储热技术的关键技术之一。本论文研究了中高温领域应用的复合结构储热材料及其储/释热性能。主要内容和结论包括： 1) 对于能够满足中高温储热应用的多种材料进行了筛选。首先对无机熔盐作为固-液相变材料进行了筛选，对优选的熔盐相变材料的热性能进行了深入研究；其次探讨了无机熔盐相变材料与陶瓷以及碳材料的热化学相容性。发现相变熔点以及相变潜热对相变储热材料的筛选具有重要性，优选的碳酸共晶熔盐相变材料具有较好的热性能；氯化盐、硫酸盐与常规陶瓷材料以及碳酸熔盐与碱性陶瓷氧化物具有较好的热化学相容性；相比于碳酸熔盐-碱性氧化物复合体系，碳材料对硫酸盐-二氧化硅以及硫酸盐-碳化硅复合体系的热化学相容性的影响更大。 2) 基于中高温复合材料体系的筛选，进一步探讨了复合材料结构组建的方法、结构特性及其结构形成机制。发现单轴冷压-液压烧结的方法适合无机熔盐作为相变材料、陶瓷材料作为结构支撑材料以及碳材料作为导热性能强化材料的复合结构储热材料的制备；润湿竞争机制决定了储热材料复合结构的形成，实现了结构中无机熔盐的高含量以及碳材料的均匀分布。 3) 基于复合结构储热材料的结构形成机制，研究了复合结构与相变特性和导热性能之间的关系，并探讨了复合结构储热材料的储/释热性能。发现碳材料增强了复合结构中熔盐的结晶度，而陶瓷材料的熔盐液相烧结结构提高了碳材料对复合体系的导热性能强化作用；复合结构储热材料具有较好的储/释热功率特性。 4) 基于复合结构储热材料的储/释热性能通过结构调控实现了优化，进一步探讨了其应用情况。复合结构储热材料表现出较好的应用前景