无机水合盐/膨胀石墨复合相变储热材料的制备及其热特性调控

This project aims at developing high-performance salt hydrate/expanded graphite composite phase change materials for thermal energy storage by using calcium chloride hexahydrate and magnesium chloride hexahydrate abundant in salt lakes of Qaidam Basin. In order to overcome the shortcomings of supercooling, phase separation and sedimentation, and corrosiveness inherent in them, the salt hydrates will be first adsorbed into the pores of expanded graphite to prepare salt hydrate/expanded graphite composite phase change materials, with the purposes of preventing liquid leakage and improving their thermal conductivity; and then the surfaces of the composite phase change material particles will be encapsulated to prevent the dissipation of water of hydration. The methods and process conditions for preparing the salt hydrate/expanded graphite composite phase change materials and for encapsulating their particles will be explored, the effect of the microstructure of expanded graphite on the thermal properties of the salt hydrates will be elucidated, and the methods for modulating the thermal properties of the composite phase change materials will be investigated. The results from this project not only provide the salt hydrate/expanded graphite composite phase change materials with high performance, accelerating the development and applications of latent heat storage technology, but also help to exploiting the salts abundant in Qaidam Basin, facilitating the development of the relevant higher - value - added products.

本项目拟以柴达木盐湖含量丰富的水合氯化镁和氯化钙等无机水合盐为相变材料，针对该类相变材料普遍存在的过冷、相分离以及腐蚀性等问题，提出先将无机水合盐吸附到膨胀石墨的孔隙内来制备无机水合盐/膨胀石墨复合相变材料以解决无机水合盐的液相泄露问题并提升其导热系数，再对无机水合盐/膨胀石墨复合相变材料的颗粒进行表面封装来避免无机水合盐中结晶水的散失以克服其过冷和相分离等问题的研究思路，探索制备无机水合盐/膨胀石墨复合相变材料及其颗粒表面包覆的方法和具体工艺，揭示膨胀石墨微观结构对无机水合盐热特性的影响规律，掌握调控无机水合盐/膨胀石墨复合相变材料热特性的手段。研究成果不仅能提供高性能的无机水合盐/膨胀石墨复合相变材料，推进潜热储热技术的发展和应用，而且还能推动柴达木盐湖地区蕴藏的盐类资源的开发利用，为相关高附加值产品的开发提供依据。

我国青海盐湖含有大量的水合无机盐，而水合无机盐是重要的一类无机相变材料，在建筑节能、太阳能利用等诸多领域具有重要广阔应用前景。为了推进青海盐湖的水合无机盐开发和应用，本项目致力于含六水氯化钙这种常见的水合无机盐的复合相变储热材料制备、热特性及其应用性能研究。制备了六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料，通过压缩成型将其制成相变板，采用实验研究和数值模拟相结合的方法，评价了该相变板在不同放置位置、房屋朝向以及地域气候等条件下的建筑节能效果，并对相变板厚度进行了优化；研究表明，六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料的熔融和凝固温度分别为27.11℃和21.67℃，潜热值分别高达118.7J/g和115.7 J/g；该复合材料具有很好的成型性，由其制作的相变板应用于建筑，可以有效降低建筑物室内温度的波动，提高热舒适性，且其成本和性能都优于RT27/膨胀石墨复合相变材料。为了进一步提高六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料的应用灵活性和长期稳定性，率先采用常见的紫外光固化树脂对其颗粒表面进行涂覆，研制了新型的聚合物包覆型六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料，并将其直接与石膏粉和水混合，制作成储热石膏板，考察了储热石膏板的建筑节能效果；研究表明，聚合物包覆型六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料以及储热石膏板都具有良好的热可靠性。根据水合无机盐不同与有机相变材料如石蜡等的亲水特性，率先选用便宜易得的亲水性天然矿物膨胀珍珠岩为载体，研制了新型的六水氯化钙/膨胀珍珠岩复合相变材料，再将其制作成相变板，然后巧妙地引入到常用的建筑材料如屋顶隔热砖和铝扣板背面，开发出了新型的储热隔热砖和储热铝扣板。研究表明，六水氯化钙/膨胀珍珠岩复合相变材料的熔融温度为27.38℃，潜热值可达87.44 J/g；储热隔热砖和储热铝扣板都具有降低室温温度波动的作用，且成本低，因而应用前景广阔。