我國是一個能源消耗大國，近些年由于化石能源的過度開采及使用，環(huán)境和生態(tài)問題日益突出，嚴重影響和制約著我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，研究開發(fā)低污染排放、性能穩(wěn)定的新能源及高效節(jié)能技術(shù)成為我國能源領(lǐng)域技術(shù)的關(guān)鍵。儲能技術(shù)作為重要的節(jié)能技術(shù)，近年來引起各行業(yè)的廣泛關(guān)注，其核心關(guān)鍵是成本低廉、性能穩(wěn)定的相變儲能材料。

水合鹽相變儲能材料作為一種固-液相變儲能材料，具有原料豐富、儲熱密度高、環(huán)保、價格低等優(yōu)點，在太陽能的高效利用、工業(yè)余廢熱的利用、跨季節(jié)儲熱采暖、智能溫室、食品儲存保鮮、輕紡行業(yè)等方面有著廣闊的市場前景及經(jīng)濟效益。但水合鹽相變儲能材料在實際應用過程中會遇到過冷、相分離、非協(xié)調(diào)性熔解、熱傳效率低(熱導率低)、體積變化、循環(huán)穩(wěn)定性、結(jié)晶速率慢以及熱化學穩(wěn)定性等問題。

針對上述問題，中國科學院青海鹽湖研究所鹽湖資源化學實驗室周園研究團隊通過綜合研究提升水合鹽相變儲能材料性能及拓寬應用范圍。基于密度泛函理論對溶液結(jié)構(gòu)進行分析計算，得出對影響熔鹽相變溫度的改變的主要因素是添加劑中陽離子;通過將Al2O3納米粒子引入到CaCl2·6H2O相變材料體系中，采用SrCl2·6H2O和Al2O3納米粒子作為成核劑，證實利用納米粒子成核劑“協(xié)同效應”可實現(xiàn)降低或消除過冷;將石墨烯作為添加劑，可提高水合鹽相變材料的熱導率且提升其熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定;通過真空吸附、表面包覆構(gòu)筑CaCl2·6H2O/硅藻土/石蠟微納核殼結(jié)構(gòu)相變儲能材料，驗證了微納核殼結(jié)構(gòu)的“限域效應”和“核殼效應”對材料相變性能和熱穩(wěn)定的協(xié)同提升。這種研究思路對于水合鹽相變儲能材料的開發(fā)具有重要意義。詳細內(nèi)容參見《鹽湖研究》2018年第2期“研究亮點”9-15頁。

納米粒子對CaCl2·6H2O相變材料過冷度的影響

六水氯化鈣、復合材料和包覆的復合材料在循環(huán)中焓值變化 (a)相變焓值 (b)相變溫度