凹土基复合储能材料的制备及性能测试(附件)
以石蜡、二元混酸作为相变材料，凹土制备的气凝胶作为支撑载体，通过真空浸渍法将相变材料有效的吸附并且固定于凹凸棒石的孔道结构中，从而制备出结构稳定、热性能稳定的新型石蜡/凹凸棒石、二元酸/凹凸棒石复合相变储能材料。根据凹凸棒石的SEM图片可以知道凹凸棒石内部结构疏松多孔、比表面积较大，气凝胶的BET测试可知其孔隙率达到98.8%，所以其能有效的吸附石蜡、二元混酸。关键词 石蜡，凹凸棒石，气凝胶，相变材料
目 录
1. 引言
1.1 相变储能材料
1.1.1 相变储能材料的分类
1.2 复合相变储能材料的发展趋势
1.2.1 复合相变储能材料的制备方法
1.3 以凹土基多孔材料为基体制备复合材料的可行性分析
1.4本课题的指导思想与研究方法
2. 实验部分
2.1 原料及药品
2.2 仪器及设备
2.3 实验步骤
1 引言
近年来化石能源的枯竭和其污染性已经越来越受到人们的重视，使得人们对如太阳能、风能、潮汐能等这些清洁可再生能源的需求日益增大。然而像太阳能这种能源，蕴含的能量巨大，我们却有效利用的极少。根据科学的统计，中国每年在地表上接收的太阳能总量在3.3×103～8.4×106之内，跟2.4×104亿吨煤[1]所释放的能量总量一样。如果可以将这些过剩的太阳能用效率很高的手段，成本很低的价格回收并且利用起来，不仅有很好的节能意义，而且还可以降低对生态环境的污染。因此，找到一种成本相对于较低的能量储存，并且具有能有效的提升储能效率的方法是解决目前的能源危机最为有效的途径之一。由此衍生出相变储能材料这一新兴的研究领域。
相变储能材料的分类
相变储能材料（Phase change materials,PCMs）是指在固定温度（相变温度）下发生气相、液相或者固相变化的材料，同一时间伴随着吸收热能来储存热量或释放热能来放出热量，从而能调整、并且控制工作源的温度或者材料周边的环境温度，以实现其自身特定的应用功能。因为相变储能材料具有储热密度很大、热效率非常高等优点。所以它能广泛应用于太阳能利用、电力调峰、工业废热利用、跨季节储热和储冷、食物冷藏及保温、建筑 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
隔热保温、电子元件热保护、纺织服装、农业等等方面。
相变储能材料有各种各样的分类方式：按照它的材料属性可以将其分为有机相变储能材料和无机相变储能材料；按照它的使用温度可以分为低温相变储能材料、中温相变储能和高温相变储能材料；按照它的材料的相变形态可以分为固—固相变、固—液相变、液—气相变和固—气相变。目前最常用的相变储能材料主要是无机类和有机类的相变储能材料。
1.1.1 无机类
无机类主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类。其中最为典型、最常见的是结晶水合盐类，因为其储热密度、溶解热相对较大，而且还具有固定的熔点，其中最具有代表性的有：Na2SO4?10H2O、CH3COONa?3H2O、CaCl2?6H2O等。
结晶水合盐类一般为中性，价格低廉，导热系数很大，是中、低温相变材料尤为重要的一类。早在上世纪70年代，同为日本企业的三菱公司和东京电力公司共同合作进行了一种应用于空间采暖方面和制冷系方面的相变材料的研究，主要研究的是结晶水合盐类相变材料、磷酸盐氯化物等，并公开发表了很多关于储能材料方面的专利技术，如用NaSO4?H2O、Na2CO3?10H2O作为相变材料，使用硼砂原料作为过冷抑制剂，用交联聚丙烯酸钠材料作为防相分离剂，制备了一种相变温度为20℃的相变储热材料，这种相变储热材料能应用于园艺温室的保温[2]。但这种相变材料存在过冷和相分离现象，经过研究人员[35]日益不断的努力研究，这种相变材料中出现的这些问题已经被科研人员在反复的实验过程中很大程度上解决了，通过增加一定量的成核剂可以有效地解决材料的过冷现象；通过增加一定量的粘稠剂或晶体结构改变剂，或者使用具有薄层结构的实验室容器盛装相变材料都能很大程度上有效地解决相分离问题，进一步避免相变材料的泄露、流失和减小对周围环境的污染。
1.1.2 有机类
最具典型和常见的有机相变材料有：石蜡、脂肪酸和高分子化合物。有机相变材没有过冷及析出现象，材料性能相对稳定、无毒、无腐蚀，但是这种相变材料缺点是：导热系数很小，密度较小，单位体积内的储热能力较差。通常研究人员为了得到具有适当的相变温度和性能较为优越的相变材料，需要将很多种有机相变材料混合以致能形成二元或者多元的相变材料[6]，用来弥补这两种有机相变材料的不足之处，从而能够得到性能较单一相变材料更为优良的相变材料，以便更好的应用于实际生活中。
石蜡类是目前有机相变材料中最重要和运用最多的一类[7,8]，它是一种含有直链烷烃的混合物，可以用通用公式CnHn+2表示，在石蜡类物质中，同系有机物发生相变时的温度和发生相变时的潜热通常会随着碳原子链的增长而升高，但是材料相变温度的增加程度是呈缓慢下降趋势的。通过使用不同碳原子数目的石蜡类物质，我们可以制备出相变温度在30～85℃之间，相变潜热在160～270J/g范围类的复合相变材料。Xavier Py等[9]将石蜡吸附在具有多空结构的膨胀石墨中，构成石蜡/石墨复合相变材料，利用石墨具有的较高的导热率来提高石蜡的导热能力（图1.）；
图1.石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的扫描电镜图（×2000）
陈中华等[10]采用超声震荡和液相插层相结合的方法制备了十二醇/蒙脱土复合相变储
能材料（图2）。
图2.有机蒙脱土及复合材料的SEM图
胡小芳[11]采用常温相变储能石蜡作为复合材料的储能介质，以多孔陶粒作为吸附载体，再通过海藻酸钠反应包装陶粒，制成稳定性能良好，便于在建筑结构上应用，成本低廉的颗粒型相变储能材料（图3.）。
目 录
1. 引言
1.1 相变储能材料
1.1.1 相变储能材料的分类
1.2 复合相变储能材料的发展趋势
1.2.1 复合相变储能材料的制备方法
1.3 以凹土基多孔材料为基体制备复合材料的可行性分析
1.4本课题的指导思想与研究方法
2. 实验部分
2.1 原料及药品
2.2 仪器及设备
2.3 实验步骤
1 引言
近年来化石能源的枯竭和其污染性已经越来越受到人们的重视，使得人们对如太阳能、风能、潮汐能等这些清洁可再生能源的需求日益增大。然而像太阳能这种能源，蕴含的能量巨大，我们却有效利用的极少。根据科学的统计，中国每年在地表上接收的太阳能总量在3.3×103～8.4×106之内，跟2.4×104亿吨煤[1]所释放的能量总量一样。如果可以将这些过剩的太阳能用效率很高的手段，成本很低的价格回收并且利用起来，不仅有很好的节能意义，而且还可以降低对生态环境的污染。因此，找到一种成本相对于较低的能量储存，并且具有能有效的提升储能效率的方法是解决目前的能源危机最为有效的途径之一。由此衍生出相变储能材料这一新兴的研究领域。
相变储能材料的分类
相变储能材料（Phase change materials,PCMs）是指在固定温度（相变温度）下发生气相、液相或者固相变化的材料，同一时间伴随着吸收热能来储存热量或释放热能来放出热量，从而能调整、并且控制工作源的温度或者材料周边的环境温度，以实现其自身特定的应用功能。因为相变储能材料具有储热密度很大、热效率非常高等优点。所以它能广泛应用于太阳能利用、电力调峰、工业废热利用、跨季节储热和储冷、食物冷藏及保温、建筑 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
隔热保温、电子元件热保护、纺织服装、农业等等方面。
相变储能材料有各种各样的分类方式：按照它的材料属性可以将其分为有机相变储能材料和无机相变储能材料；按照它的使用温度可以分为低温相变储能材料、中温相变储能和高温相变储能材料；按照它的材料的相变形态可以分为固—固相变、固—液相变、液—气相变和固—气相变。目前最常用的相变储能材料主要是无机类和有机类的相变储能材料。
1.1.1 无机类
无机类主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类。其中最为典型、最常见的是结晶水合盐类，因为其储热密度、溶解热相对较大，而且还具有固定的熔点，其中最具有代表性的有：Na2SO4?10H2O、CH3COONa?3H2O、CaCl2?6H2O等。
结晶水合盐类一般为中性，价格低廉，导热系数很大，是中、低温相变材料尤为重要的一类。早在上世纪70年代，同为日本企业的三菱公司和东京电力公司共同合作进行了一种应用于空间采暖方面和制冷系方面的相变材料的研究，主要研究的是结晶水合盐类相变材料、磷酸盐氯化物等，并公开发表了很多关于储能材料方面的专利技术，如用NaSO4?H2O、Na2CO3?10H2O作为相变材料，使用硼砂原料作为过冷抑制剂，用交联聚丙烯酸钠材料作为防相分离剂，制备了一种相变温度为20℃的相变储热材料，这种相变储热材料能应用于园艺温室的保温[2]。但这种相变材料存在过冷和相分离现象，经过研究人员[35]日益不断的努力研究，这种相变材料中出现的这些问题已经被科研人员在反复的实验过程中很大程度上解决了，通过增加一定量的成核剂可以有效地解决材料的过冷现象；通过增加一定量的粘稠剂或晶体结构改变剂，或者使用具有薄层结构的实验室容器盛装相变材料都能很大程度上有效地解决相分离问题，进一步避免相变材料的泄露、流失和减小对周围环境的污染。
1.1.2 有机类
最具典型和常见的有机相变材料有：石蜡、脂肪酸和高分子化合物。有机相变材没有过冷及析出现象，材料性能相对稳定、无毒、无腐蚀，但是这种相变材料缺点是：导热系数很小，密度较小，单位体积内的储热能力较差。通常研究人员为了得到具有适当的相变温度和性能较为优越的相变材料，需要将很多种有机相变材料混合以致能形成二元或者多元的相变材料[6]，用来弥补这两种有机相变材料的不足之处，从而能够得到性能较单一相变材料更为优良的相变材料，以便更好的应用于实际生活中。
石蜡类是目前有机相变材料中最重要和运用最多的一类[7,8]，它是一种含有直链烷烃的混合物，可以用通用公式CnHn+2表示，在石蜡类物质中，同系有机物发生相变时的温度和发生相变时的潜热通常会随着碳原子链的增长而升高，但是材料相变温度的增加程度是呈缓慢下降趋势的。通过使用不同碳原子数目的石蜡类物质，我们可以制备出相变温度在30～85℃之间，相变潜热在160～270J/g范围类的复合相变材料。Xavier Py等[9]将石蜡吸附在具有多空结构的膨胀石墨中，构成石蜡/石墨复合相变材料，利用石墨具有的较高的导热率来提高石蜡的导热能力（图1.）；
图1.石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的扫描电镜图（×2000）
陈中华等[10]采用超声震荡和液相插层相结合的方法制备了十二醇/蒙脱土复合相变储
能材料（图2）。
图2.有机蒙脱土及复合材料的SEM图
胡小芳[11]采用常温相变储能石蜡作为复合材料的储能介质，以多孔陶粒作为吸附载体，再通过海藻酸钠反应包装陶粒，制成稳定性能良好，便于在建筑结构上应用，成本低廉的颗粒型相变储能材料（图3.）。
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