改善石蜡相变材料导热性能的研究进展
石蜡基碳纳米管复合相变材料的热物性研究

2 0 1 3年 6月
热 科 学 与 技 术
J o u r na l o f Th e r ma l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y
Vo1 . 1 2 NO . 2
J u n .2 0 1 3
具 有储 能 密度 高 以及 储 能过程 中温度 变化 范 围小 等优 点[ 3 ] , 在 实 际 工 程 应 用 中具 有 一 定 的优 势 。
石蜡 具 有储 热 密 度 较 高 、 无毒 、 无 腐蚀 性 、 性 能 稳 定、 价 格便 宜 等优点 , 是 最具应 用潜力 的 中低温 有
收 稿 日期 :2 0 1 2 — 1 0 — 0 8 ; 修 回 日期 : 2 0 1 3 — 0 3 — 0 4 .
验测 量表 明 , 单 根 多壁 碳 纳 米 管 的导 热 系 数高 达
3 0 0 0 W/ ( m・ K) [ 1 3 ] 以上 , 远 高 于 常 规 的 良导热 材料 。此外 , 碳 纳米 管 的密度也 相对 较低 , 是一种 理想 的相 变材料 强化 导热填 料[ 1 ” ] 。
机 相变材 料之 一 ; 但石 蜡 的一 个重 要不 足 之 处 在
于其导 热系数 较低 , 限制 了潜 热储能 系统 的储/ 放 热 速率 和整 体效率 。因此 , 提 高石蜡 ( 和 其他低 导
热相 变材 料 ) 的导 热 能 力是 进 一 步 提 升潜 热 储 能 系统效 率 的有效途 径 。研 究人 员采 用复 合材料 技 术 克 服了单 一相 变 材料 的缺 点 , 成 功 地对 传 统 相 变材料 进行 改性 , 常 用 的 导热 系 数 强 化填 料 包 括
石蜡熔化蓄热的实验研究

广 东 化 工 2008年第1期· 10 · 第35卷总第177期石蜡熔化蓄热的实验研究谢望平,朱冬生,汪南,剧霏(华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州 510640)[摘 要]石蜡是一种常见的相变材料,文章对石蜡的熔化蓄热进行了单管实验研究,并进行了差示扫描量热(DSC)测试,以所得的石蜡的相变温度为基础,研究石蜡在不同温度下的熔化情况,利用Agilent 34970A系统采集实验数据并处理,对其温度场的分布进行了分析比较。
实验结果表明,石蜡的熔化是遵循一定规律的,开始阶段通过热传导熔化,等到出现一定液相时出现自然对流,并且加热温度越高,溶解越快,自然对流出现越早。
石蜡导热系数比较低,因此应用范围受到了限制,文章为进一步改进石蜡的导热性能、使其得到更为广泛的应用提供了实验基础。
[关键词]石蜡;蓄热;相变材料;导热系数Experimental Research on Melting Heat Storage of ParaffinXie Wangping, Zhu Dongsheng, Wang Nan, Ju Fei(The Key Lab of Enhancement Heat Transfer and Energy Conversion, the Education Ministry,South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)Abstract: Paraffin is a common kind of phase change materials(PCMs). The experiment on melting heat storage of paraffin was conducted in a tube. The phase change temperature was measured by DSC, and the melting of the paraffin was studied at different temperatures. The data was input to the computer by Agilent 34970A. The melting curve and temperature field were analyzed. The results showed that at the initial stage conduction occupied the main status in the heat transfer, but as time passed, natural convection appeared and made important effect, and the temperature was higher, the convection appeared earlier. The application of the paraffin was limited because of the low conductivity. This paper could help to improve the thermal properties and extend the application of paraffin.Keywords: paraffin;heat storage;phase change materials(PCMs);thermal conductivity蓄热技术在许多工业和建筑采暖等能量利用系统中广泛应用,它是提高能源利用效率和保护环境的重要技术,可用于解决热能供给与需求在时间和强度上不匹配的矛盾[1],有效降低能量供应和需求时间性的差异造成的能量利用的浪费,因而蓄热技术在太阳能利用、电缆的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广泛的应用前景[2-4]。
石蜡改性研究

石蜡改性研究通过差示扫描量热法(DSC)和偏光显微镜技术对碳氢树脂/石蜡共混材料进行热分析和晶体形貌分析,结果表明加入碳氢树脂材料只对石蜡结晶的尺寸产生影响,并未改变石蜡晶体形貌。
碳氢树脂的加入使得石蜡的固溶体浓度变稀,晶体变细,熔点降低;同时碳氢树脂的浓度与共混材料的吸热焓呈线性关系,该方法可以用于石蜡与非晶质材料共混的含量测定。
标签:石蜡;碳氢树脂;DSC;晶体形貌;石蜡改性石蜡是从石油中提炼得到的一种固体烃类混合物,精炼的石蜡是白色或近乎半透明的物质,具有可测量的晶体结构,触摸时稍有油腻感,其熔点在43.3~65.5 ℃[1];其结构主要由正构烷烃,非正构烷烃和环状烷烃组成。
石蜡主要应用于热熔胶、橡胶工业、包装工业、汽车防护防腐、木材保护、印刷油墨等工业领域[2~4]。
石油树脂与石蜡共混是最常见和广泛应用的一种石蜡改性技术,该共混物是生产热熔胶[3~5]和精密铸造中温模料的重要组成[6]。
虽然行业内对石油树脂与石蜡共混改性的研究较多,但是有关石油树脂对石蜡物化性能与微观形貌的影响和作用方式的研究较少。
路宏等[7]通过主成分分析和聚类分析建模的方式对动物蜡、植物蜡、矿物蜡、合成蜡、聚乙烯醋酸乙烯酯(EV A)和石油树脂与58#全精炼石蜡进行共混,研究了滴点、运动黏度和针入度的变化趋势及主成分因子的转化。
得出了在不同添加剂的作用下石蜡物理性质变化趋势,该结果对研制新产品具有重要参考价值。
但他们没有对改性石蜡的微观结构和形貌做进一步的讨论。
在上述研究的基础上,本文通过DSC和偏光显微镜技术,发现石油树脂与石蜡共混改性只作用于石蜡晶体尺寸,对石蜡结晶形貌不产生影响,这一结果对指导热熔胶和精密铸造蜡的生产与研发具有一定的理论参考价值。
1 实验部分1.1 原料及仪器58#全精炼石蜡,中国石油抚顺分公司;C5石油树脂,RKA1100,中国石油兰州分公司;氧化铝,99%,alfa Aesar。
Q20差示扫描量热仪,美国TA仪器公司;59XA偏光显微镜,上海光学仪器一厂。
泡沫铜∕石蜡复合相变材料的车用动力锂电池散热分析

泡沫铜∕石蜡复合相变材料的车用动力锂电池散热分析随着电动汽车和混合动力车的推广,由于驱动电机和高功率电子元件的高温运行,车用动力锂电池的散热问题日益引起关注。
为了解决这一问题,泡沫铜∕石蜡复合相变材料被应用于车用动力锂电池的散热中,其具有较好的散热性能和能量储存特性。
本文对该材料在车用动力锂电池散热中的应用进行分析,旨在提高车用动力锂电池的性能和使用寿命。
泡沫铜∕石蜡复合相变材料是由泡沫铜和高熔点石蜡混合而成的,其主要特点是具有相变储能和良好的导热性能。
当材料温度升高到石蜡的熔点时,石蜡开始融化,同时吸收大量热量。
这种热量储存和释放的过程能够有效地平衡锂电池的、尤其是高功率放电时期的温度升高,保护锂电池的化学性能和结构稳定性。
同时,泡沫铜具有高热导率和良好的导热性能,能够较快地将热量传递到散热器中,保证热量能够尽快散出。
因此,泡沫铜∕石蜡复合相变材料在车用动力锂电池散热中具有良好的应用前景。
在实际应用中,泡沫铜∕石蜡复合相变材料应该考虑到以下方面:首先,材料的制备、加工和尺寸等因素会影响材料的导热性能和相变特性。
因此,在实际应用中需要随时进行优化和调整;其次,材料在长时间使用过程中可能会产生氧化、降解等问题,从而影响其储能和导热性能,需注意保养和维护;最后,材料的价格和生产成本也需要进行评估,在可行性和经济性之间寻求平衡。
综上所述,泡沫铜∕石蜡复合相变材料是一种良好的车用动力锂电池散热材料。
其具有相变储能和导热性能,能够平衡和控制锂电池的温度升高,从而提高车用动力锂电池的性能和使用寿命。
当然,在实际的应用中,我们需要考虑材料的加工、优化、保养和成本等多方面因素,以确保其良好的应用性能和可行性。
除了泡沫铜∕石蜡复合相变材料,车用动力锂电池的散热还有其他的方法,如传统的散热片和液冷散热系统等。
其中,液冷散热系统由于具有更高的传热能力,已被广泛应用于高端电动汽车和混合动力车中。
但是,液冷散热系统的制造、维护和成本较高,需要较高的技术水平和投入,可能不太适合中小型车型。
海藻酸钠石蜡相变微胶囊的制备、性能与应用研究的开题报告

海藻酸钠石蜡相变微胶囊的制备、性能与应用研究的开题报告一、研究背景及意义相变材料是一种具有特殊性质的材料,在物理和化学领域有着广泛的应用。
相变材料具有变温时能够吸收或释放大量的潜热,因此可以用于储能和调节环境温度。
其中,蓄热相变材料是一种应用广泛的相变材料,它具有相变温度范围大、稳定性好、蓄热量大的优点,可以广泛应用于建筑能源节约、太阳能采集储存、制冷等领域。
海藻酸钠是天然的高分子聚合物,它具有良好的水溶性、生物可降解性、生物相容性等特点,可以广泛应用于医药、食品、化妆品等领域。
石蜡是一种具有良好的热稳定性和蓄热性能的材料,可以用于制备相变微胶囊。
近年来,海藻酸钠和石蜡组成的相变微胶囊受到了广泛的关注,其在蓄热储能、太阳能能量收集、控温调湿等领域有着广阔的应用前景。
因此,本研究旨在制备海藻酸钠石蜡相变微胶囊,探究其蓄热性能、释热动力学及应用性能,为其广泛应用于实际工程中提供科学参考。
二、研究内容和方法(一)研究内容本研究主要包括以下内容:1. 制备海藻酸钠石蜡相变微胶囊,采用化学交联法和包覆法两种方法进行制备,并比较不同制备方法的性能差异。
2. 研究海藻酸钠石蜡相变微胶囊的蓄热性能,通过热重分析仪测试其相变温度、相变潜热等参数。
3. 研究海藻酸钠石蜡相变微胶囊的释热动力学,通过差示扫描量热仪测试其热动力学曲线、热响应速率等参数。
4. 探究海藻酸钠石蜡相变微胶囊在太阳能能量收集、控温调湿等领域的应用性能。
(二)研究方法1. 制备方法:采用化学交联法和包覆法两种方法进行制备,根据实验结果比较不同制备方法的优缺点。
2. 性能测试:利用热重分析仪和差示扫描量热仪测试海藻酸钠石蜡相变微胶囊的蓄热性能和释热动力学曲线;采用太阳能能量收集器和控温湿度箱等设备测试其应用性能。
3. 数据处理:采用SPSS软件对实验数据进行统计分析、相关性分析等处理,对实验结果进行定量分析。
三、预期成果1. 成功制备海藻酸钠石蜡相变微胶囊,探究了不同制备方法的优缺点。
石蜡基柔性相变材料的制备及其电池热管理应用

- 51 -工 业 技 术0 引言随着石油资源的不断减少,由于尾气出现的污染越来越严重,越来越多的国家开始重视新能源汽车,尤其是电动汽车的推广和应用[1]。
当前,电动汽车向着高能量密度、高安全性的方向发展[2]。
在实际工况中,动力电池模组长时间运行和/或快充快放过程中会导致温度升高及分布不均匀,进而导致模组寿命衰减甚至热失控[3]。
因此,定制高效的热管理系统是从外部解决电池模组热安全问题的唯一途径。
相变材料冷却作为一种新型电池热管理技术,具有冷却效率高、体积小和成本低等优点,近年来已经越来越多地被研究[4-5]。
但是,传统刚性相变材料存在刚性强、加工难、不易用于刚性外壳电池的缺点[6]。
该实验以MMA 和BA 分别作为硬单体和软单体[7-8],通过调节二者的比例制备FPCM,不仅具有适用于电池热管理的潜热、导热及相变温区等热物性,在常温下也具有良好的柔性,与方形电池的刚性外壳可以良好地贴合,最小化接触热阻,从而提高控温性能[9]。
1 实验材料和方法1.1 实验原料实验原料:石蜡(PA,上海焦耳蜡业有限公司);膨胀石墨(EG,原料为青岛发达石墨有限公司提供的鳞片石墨);甲基丙烯酸甲酯(MMA,天津市致远化学试剂有限公司);丙烯酸丁酯(BA,天津市大茂化学试剂厂);过氧化二苯甲酰(BPO,上海麦克林生化科技有限公司);方形电池(3.2 V,6 000 mAh,天津力神电池股份有限公司)。
1.2 FPCM的制备FPCM 的制备:将PA 置于恒温水浴锅中,升温至70 ℃。
待PA 完全融化后,逐量加入EG 搅拌,使PA 吸附于EG 中;加入MMA、BA 和BPO,温度调至90 ℃继续搅拌4 h。
将混合物倒入模具中,自然冷却后可以得到由各原料质量配比为44∶5∶30∶20∶1制备的FPCM。
1.3 性能测试与表征差示扫描量热(DSC)测试:通过差示扫描量热仪进行测试,以氮气为保护气体,测试温度范围为20 ℃~80 ℃,升温速率为10 ℃/min。
石蜡石墨烯复合相变材料

石蜡石墨烯复合相变材料
石蜡石墨烯复合相变材料是一种新型的相变材料,其基础材料是石蜡,通过添加石墨
烯来使其具有更好的传热性能和稳定性。
相变材料具有一定的储热和释热能力,在储能时
吸收热量,在释放能时释放热量,因此被广泛应用于能源领域。
近年来,石墨烯的发现和研究引起了广泛的关注,石墨烯具有独特的结构和性质,例
如高导热性、高机械强度、高化学稳定性等。
石墨烯在能源领域中的应用也得到了广泛的
研究,在太阳能电池、储能材料、传热材料等方面都有重要的应用。
在石蜡中添加石墨烯之后,其传热性能得到了极大的提升。
石墨烯具有极高的热导率,可以将石蜡中储存的热量迅速传递出去,从而提高石蜡的释热速度和效率。
同时,石墨烯
性质稳定,能够避免石蜡在高温下发生变化或分解,从而提高了材料的稳定性和使用寿
命。
1.高效的储能和释能能力:石墨烯的高热传导性能可以快速传递储存在石蜡中的热量,从而提高了储能和释能的速度和效率。
2.稳定性:石墨烯的化学稳定性能使其能够抵御高温、高压等恶劣环境,同时也可以
避免所使用的材料在高温下发生变化或分解。
3.调控性能:通过调整石墨烯的添加量和分散状态,可实现对储能和释能速率的调控
和优化。
4.节能环保:相变材料可以将储存的热量直接用于供暖、制冷等领域,从而减少了传
统能源的消耗。
5.适用范围广:该材料适用于室内空调、汽车制冷、太阳能电池等领域。
总之,石蜡石墨烯复合相变材料是一种具有广泛应用前景的新型相变材料。
其高效的
储能和释能能力、稳定性、调控性能以及节能环保等优点,使其具有良好的应用前景。
石蜡在新能源和新材料中的应用

石蜡在新能源和新材料中的应用石蜡(paraffin)是一类低重烷烃,它的化学式为CnH2n+2,是石油加工的重要产品之一。
传统上,石蜡主要用于蜡烛、护手霜、糖果、医药、食品添加剂等领域,但是随着新能源和新材料的发展,石蜡在这些领域中的应用也不断拓展和深化。
一、石蜡在新能源领域的应用1.1 石蜡蓄热材料蓄热是新能源领域的一个重要问题,因为太阳能和风能等可再生能源具有间断性和不稳定性。
为了更好地利用这些能源,需要能够储存并稳定释放能量的蓄热材料。
石蜡作为一种成本低廉、密度大、熔点低的物质,可以用作蓄热材料。
将石蜡加热至熔点,蓄热储能,在需要时释放能量,提高太阳能或风能的利用效率。
1.2 石蜡相变储能材料相变储能技术是一种新型的储能技术,其原理是利用物质相变时释放或吸收的潜热来储存能量。
石蜡在温度变化时会发生相变,从而释放或吸收潜热。
因此,可以将石蜡制成相变储能材料,用于太阳能集热、热泵、热水器等领域,提高能源利用效率。
1.3 石蜡基输电杆输电线路的过负荷问题是一个难题,由于传统的输电杆很难快速进行热量传导与散热,因此在高温、大风等极端天气下,常出现输电线路过负荷现象导致停电。
石蜡基输电杆是一种利用石蜡的优良导热性能制成的输电杆,可以更加快速地向环境散热,提高输电线路的额定负载能力。
二、石蜡在新材料领域的应用2.1 石蜡基复合材料石蜡作为一种优秀的填充材料和增塑剂,可以与不同的聚合物相组合,制成石蜡基复合材料。
这种材料具有重量轻、导热性能优良、防水、防潮等特点,可以应用于汽车、建筑、管道、电线电缆等领域,提高产品的性能和使用寿命。
2.2 石蜡基润滑材料石蜡具有优良的润滑性能,可以油泥、蚀刻、高温高压和不同介质下都能发挥较好的润滑效果。
因此,可以将石蜡制成石蜡基润滑材料,应用于各种机械设备的润滑领域,提高设备的可靠性、寿命和效率。
2.3 石蜡基电热材料石蜡具有优良的绝缘性能和导电性能,在电热材料制备中可作为导电充填材料。
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改善石蜡相变材料导热性能的研究进展戴琴;周莉;朱月;黄飞【摘要】In recent years, paraffin as a phase change material received more attention. Thermal conductivity of paraffin phase change materials is low, which leads to low effective rate of heat of the energy storage system during storing and releasing thermal energy, the heat can’t be stored and released quickly and efficiently. Therefore, improving thermal conductivity of paraffin phase change materials become a research emphasis. In this paper, the research situation of improving thermal conductivity of paraffin phase change materials at home and abroad were summarized from several aspects, such as fin structure, multiple phase change materials, composite phase change materials and microencapsulated phase change materials.%近年来石蜡作为一种相变储能材料受到越来越多的关注,由于石蜡PCM 本身的导热系数偏低,导致储能系统在吸热或放热过程中的有效热率极低,热量无法快速有效地进行存储和释放。
因此,提高石蜡 PCM的导热系数成为了近年来的研究重点。
主要从翅片结构、组合相变材料、复合相变材料、相变材料微胶囊化这几个方面总结了在改善石蜡 PCM 导热性能方面的国内外研究状况。
【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】3页(P1257-1259)【关键词】石蜡;相变材料;导热性能【作者】戴琴;周莉;朱月;黄飞【作者单位】辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TE626.8温室效应、急剧加重的环境污染和燃油价格上涨等,极大地推动了能源存储有效利用的研究。
能源存储不仅能够减少供给和需求之间的不平衡,而且还可以提高能量系统的性能和可靠性,它在存储能量方面起着很重要的作用。
相变材料(Phase change materials,PCMs)是近年发展起来的一类高新技术材料,在其相变过程中产生吸热和放热效应可进行热能储存和温度调控。
有机类相变储能材料具有无过冷及析出、性能稳定、无毒性、无腐蚀性等优点,在储能领域受到研究者的广泛关注。
目前使用最多的有机相变材料是石蜡,其相变潜热量大、相变温度范围广、价格低的优点,使其在相变储能材料中应用较为广泛。
但石蜡类有机 PCM 仍存在导热系数小的缺点,因而有效克服其缺点,改善相变材料的应用,一直是石蜡相变材料领域的研究热点[1]。
本文主要从翅片结构、组合相变材料、复合相变材料、相变材料微胶囊化方面总结了在改善石蜡相变材料导热性能方面的国内外研究状况。
目前,改善石蜡 PCM 导热性能的方式主要有以下几个方面[1-4]。
1.1 翅片结构改善导热性能翅片结构用于石蜡 PCM 中主要是为了扩大传热面积,减少热边界层厚度以降低热阻,进一步改善石蜡PCM的导热性能。
凌空[5]等采用有限体积法并选用石蜡 RT54 相变材料对带有环状翅片的管式相变储热器的蓄热过程进行了数值模拟,发现对传热速率产生主要影响的因素是翅片间距,翅片厚度对其影响则较小。
迟蓬涛[6]等制作了翅片厚度分别为 0.5、0.8 和1.0 mm的翅片-泡沫铜/石蜡,其等效导热系数达到11.4 W/(m•K),而且在相同热流密度下,相对于未采用翅片的装置来说采用翅片的装置热源与散热面的最大温差降低 73.2%~90.0%。
F. Talati[7]研究了横向金属翅片位于矩形存储内部时施加恒定热流于垂直壁面相变材料的凝固过程,证明了翅片的数量、长度、间距能够影响相变材料的导热性能。
1.2 组合相变材料改善导热性能组合相变材料是依据理想“均匀等速相变传热”理论[8]将不同相变温度的相变材料按照一定方式组合起来,以改善石蜡相变材料的导热性能。
王剑锋[9]等建立了组合式柱内封装相变材料熔化—固化循环相变储热系统的物理模型,并运用有限差分法进行数值模拟求解,研究结果显示,在选用三种石蜡作相变材料时,其储热能力与传统的单一相变材料相比,在最佳匹配工况条件下传热率最大,相变速率相应提高 15%~25%。
S. Shaikh[10]等结合在不同配置的组合PCM 板对流扩散相变传热过程,采用二维控制体积的基础数值方法进行研究,通过与单一 PCM 板进行比较分析,在潜热储能系统采用组合相变材料可以改善导热性能。
1.3 复合相变材料改善导热性能1.3.1 与金属复合金属材料具有高强度、延展性好、导电性好、导热性强等优异性能,研究者为改善相变储能材料的导热性能,采用了不同方法将石蜡相变材料与金属复合制备高性能复合相变材料。
张岩琛[11]等构建与模拟了双温度分布函数的格子 Boltzmann 方程表征泡沫金属与相变材料融化传热,模拟结果与计算结果吻合较好,孔隙率的减少有利于增强金属热传导换热的作用,但也会导致自然对流传热的降低及相变材料蓄热量的减少。
J.P. Trelles[12]等基于矩阵焓方法三维有限体积离散化数值模拟了具有不同间距铝基体材料的多孔潜热热能存储热学制冷装置,选用 0.6、0.8、1.0 三个不同孔隙度配置铝矩阵,研究发现,铝低孔隙度降低了有效的能量存储能力,而高孔隙度则会提高其能量存储能力,孔隙度值接近 0.8(80%PCM,20%Al)时可以较好的改善系统的导热性能。
1.3.2 与碳纤维材料复合由于碳纤维具有优良的物理和化学性能,耐腐蚀能力很强,导热系数高,能与绝大多数相变材料相容,使它可能成为最优良的改善石蜡相变材料导热性能的物质。
李敏[13]等通过碳纤维与甘二烷的物理混合制备了相变复合材料,研究发现碳纤维能有效地改善甘二烷的导热性能,随着碳纤维掺量的增加,甘二烷的储热放热速率也随之增加:掺杂碳纤维后,甘二烷的熔点从40.2 ℃增加至50.8 ℃;掺杂 6%的碳纤维升温所需时间从 720 s 降至 660 s;掺杂 10%的碳纤维升温所需时间从720 s 降至 600 s。
Cui[14]等在60 ℃条件下将 1、2、5、10%(wt)的碳纳米材料(CNF)和碳纳米管(CNT)掺杂到大豆蜡和石蜡相变材料中,实验结果表明,CNF 和CNT都可以提高相变材料的导热性能,而由于CNF能够更好的分散在基质中,在提高相变材料导热性能方面比 CNT 更为有效。
1.3.3 与石墨复合石墨具有高比表面积和高导热性能,可以将石蜡相变材料与石墨复合制备复合相变储能材料,用来改善石蜡 PCM 的导热系数和传热速率,近年来其研究受到了研究者的广泛关注。
胡小冬[15]等以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块,得到80%(wt)的石蜡/膨胀石墨定形相变材料热稳定性较好,相变温度为27.27 ℃,相变热焓为156.6 kJ/kg,导热系数为9.795 W/(m•K),相比于纯石蜡提高了 34.5 倍。
肖鑫[16]等采用真空注入法制备了泡沫石墨/石蜡复合相变材料,并与非真空注入法制备的复合相变材料进行了比较,结果表明,真空注入法是制备多孔基材复合相变材料的有效方法,真空法得到的复合相变材料的有效热导率较纯石蜡提高了近 311 倍。
1.3.4 与纳米材料复合纳米材料具有比表面积大、高导热系数、特异纳米效应等优异理化性质,将纳米材料应用在石蜡PCM 方面能大幅度提高其导热性能和应用效果。
王继芬[17]等通过将纳米氧化锌颗粒加入至熔融的石蜡中制备了纳米 ZnO/PW 复合相变储能材料,在固相和液相下,与同温度下纯石蜡的导热系数相比,5%ZnO 复合相变材料的导热系数提高 14%和29%。
V. Kumaresan[18]等则是通过在30 ℃条件下将体积分数为 0.15、0.3、0.45 和 0.6%MWCNT 分散在液体石蜡相变材料中道道纳米流体相变材料(NFPCM),以提高相变材料的传热性能并探讨NFPCM 的凝固过程,研究表明,随着 MWCNT 体积分数的增加其热导率也会有所提高。
此外,NFPCM中掺杂体积分数为 0.6%的 MWCNT,其导热性能提高约40%~45%,凝固时间减少 33.63%。
1.4 相变材料微胶囊化改善导热性能相变材料微胶囊化(Microencapsulated phase change materials,简称为MEPCMs)是利用微胶囊技术将有机相变材料封装在致密性好且性能稳定的聚合物外壳内,石蜡 PCM 封装在微胶囊中时囊壁较薄、粒径极小、比表面积增大,从而增加了传热比表面积,在选择合适的材料时也可以略改善石蜡相变材料的导热性能。
鄢瑛[19]原位聚合制备以石蜡为芯材、脲醛树脂为壁材的微胶囊相变储能材料,微胶囊相变温度和相变潜热分别为34.10 ℃和 143.8 J/g,热循环稳定性能良好,而且经过20次热循环后,相变温度和相变潜热的变化也不明显。
G.H. Zhang[20]等合成了核壳比为 80/20 的以聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)封装的正十八烷的纳米胶囊,制得的胶囊粒径大小分别为 140 nm、119 nm,PEMA/正十八烷融化焓和结晶焓分别为 198.5、-197.1 kJ/kg, PMMA/正十八烷融化焓和结晶焓分别为208.7、-205.9 kJ/kg,同时 TG 分析表明,纳米微胶囊还具有良好的热稳定性。
综上所述,现阶段改善相变储能材料导热的方法多样,在改善石蜡相变材料的导热性能方面已取得一定的进展。
随着人类社会科学技术的发展,节约能源和环境保护的意识越来越强,储能技术必然会持续快速发展,对石蜡相变材料的研究与应用也会不断深入,但在改善石蜡相变材料导热性能的研究方面,其机理尚不明确仍需要进一步深入研究,同时制备出低成本、性能优异、且能进行工业化生产的石蜡相变储能材料也将是研究领域的热点。