CaCl2·6H2O-MgCl2·6H2O室温相变储能材料的研究

作     者：李刚 

作者单位：中国科学院研究生院(青海盐湖研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：孙庆国;周园

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：相变材料 潜热储热 六水氯化钙 六水氯化镁 均匀实验 

摘      要：能源作为人类生存和发展的重要物质基础,与现代社会的发展与经济的繁荣息息相关。近些年,随着国内建筑行业的不断发展,建筑耗能占国内总能耗的比例逐渐增大。在能源利用率低的现状下,迅速增长的能量需求使得化石能源的枯竭和环境污染等问题日益突显。因此,如何降低建筑能耗成为当前人类面临的重要课题。室温相变储能材料是一种高效的建筑节能材料,可用来储存低温热量,减小室内温度波动,可以成为建筑节能技术的重要组成部分。水合盐类相变材料具有性质稳定,储热密度大、热传导高,价格低等优点,而且大多属于中低温相变储能材料,可用于制备室温相变储能材料,其应用及市场前景相当可观。本研究利用察尔汗盐湖钾肥生产以及海西州工业纯碱生产中副产的氯化镁、氯化钙为原料,旨在研究制备CaCl2·6H2O–MgCl2·6H2O室温相变储能材料。实验制备了不同含量MgCl2·6H2O的CaCl2·6H2O–(10、15、20、25wt%)MgCl2·6H2O室温相变储能材料,经实验测定,它们的相变温度处于215℃的室温范围,且随MgCl2·6H2O含量的增多逐渐降低,其结晶过程都存在严重的过冷,过冷度均大于10℃。为应对过冷和相分离缺陷,研究过程中对MgCl2·6H2O含量为25wt%的体系进行了添加成核剂和增稠剂的改性实验。改性实验中,本研究采用均匀实验的方法代替传统的单因素实验,根据二次项回归分析结果,成功筛出SrCl2·6H2O和SrCO3作为体系成核剂,羟乙基纤维素(HEC)作为体系增稠剂。最终制备了相变温度为21℃,过冷度为2℃,相变潜热为102.3J/g的室温相变材料,其添加剂组成为3wt%SrCl2·6H2O+1wt%SrCO3+0.5wt%HEC。经过50次熔化-结晶循环实验,体系性能没有出现较大衰减,稳定性较好。实验性应用中,采用PE以及PE-铝箔复合材料对室温相变储能材料进行了封装,分别制作了相应储热元件,设计了换热器模型和相变储热水箱模型。在储热水箱的应用中,与普通水箱相比,相变储热水箱降温速率较慢,水温能维持较长时间,具有较大的储热能力。实验测定在20℃以上维持的时间大于600分钟,且经过50次的储-放热循环后,相变储热水箱仍具有较好的储热能力,可应用于太阳能集热采暖系统。