膨胀石墨/纳米TiO2/硝酸盐复合储热材料制备研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

世界能源供给和需求格局正发生新变化、新趋势,目前我国尚处在工业化、城镇化快速发展阶段,要推动能源输出和能源消费改革,发展新型清洁能源。在众多的新能源中,太阳能因其储量无限性、分布普遍性、利用清洁性和利用经济性等优势正受到越来越多的关注。但太阳能利用存在季节性差异,昼夜差异,地域差异等,使用时仍然受到很大的制约。为了实现能源利用上更好的供需时间匹配,世界各地正在积极开发新型的热能储能技术。储热技术可以将间歇性热量储存起来,同时在需要的时候将热量再释放出来,避免不合理的能量利用及大量的能量浪费。目前,储热技术在各个领域都有广泛的应用,它不仅能回收、二次利用工业废热及余热,减少环境污染,还可以实现节能减排,替代不可再生能源。

储热技术包括显热储热和相变储热。显热储热是利用材料自身的比热容来储存/释放热能,相变储热是利用相变材料pcm(phase#8194;change#8194;materials)发生相变时进行的吸/放热能量转化方式来储存/释放热能。其中熔融盐相变储热材料具有储热密度高、充放热过程中温度变化较小等优点,受到国内外学者的广泛关注。熔融盐类相变材料一般由碱金属的氟化物、氯化物、硝酸盐、碳酸盐等组成,可以是单组分、双组分或多组分的混合物,一般应用于中高温领域,120~1000#8194;℃及以上。使用温度范围的相变材料在吸收、储存了热量后,足够为其它设备或应用场合提供热动力,可以应用于小功率电站、太阳能发电、工业余热回收等方面。

2011年,ren n等以kno3、lino3、nano3为原料,增加1种添加剂,制备出了一种新型熔盐,并对此熔盐的热物性进行研究。实验发现新型熔盐凝固点温度低于100℃并且分解温度可达600℃以上。2012年,吴玉庭等按照不同配比、不同配置方法得到系列二元混合硝酸盐样品,并对其稳定性进行研究。结果表明,质量比为6:4的 nano3和kno3 混合物,达到共晶状态后反复加热,其熔点基本维持在227℃,分界点基本维持在581℃,说明混合硝酸盐达到共晶状态后可反复使用,具有良好的稳定性。2013年,李月峰等利用饱和水溶液法,在 nano3和lino3混合溶液中添加膨胀石墨得到高温复合相变材料,并分别制备了膨胀石墨含量为10%、20%、30%的相变材料。实验研究发现膨胀石墨含量的增加,会显著提高复合相变材料的导热系数,并且随膨胀石墨含量的增加而不断增大,并且膨胀石墨含量低的复合材料在多次蓄热放热的热循环过程中热稳定性较好。在研究纳米粒子对熔融盐热物理性能影响的过程中,dudda和shin发现在 nano3和kno3(质量比为6∶4)的混合盐中加入1%(质量分数)的纳米sio2(粒径5~60nm),在一定的温度(150~450℃)内,混合盐的比热容(包括熔融态和固态)随纳米颗粒粒径的增大而增大,通过sem他们观察到纳米sio2的添加在混合盐中诱导生成了纳米结构,并且随着形成的纳米结构数量的增加混合盐的比热容也在增加。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

目前的研究表明在熔融盐混合物中添加纳米颗粒能增强其比热容,并且适量膨胀石墨的加入显著提高了样品的热导率,扩大相变材料的应用范围,因此猜测两者结合能显著提高熔融盐的储热能力。本研究拟采用膨胀石墨上原味生成二氧化钛纳米粒子的方法制备膨胀石墨/纳米tio2/硝酸盐复合储热材料,探索其最佳合成工艺,测量和评估其储热性能,进而验证其应用于储热材料领域的可行性。研究的主要内容如下:

材料制备:在膨胀石墨上原位生成二氧化钛纳米粒子。

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3. 研究计划与安排

2019.02.21-2019.03.08(第1-3周):查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

2019.03.09-2019.04.07(第4-7周):按照设计方案,完成材料的制备。

2019.04.08-2019.05.05(第8-11周):对材料的测试结果进行分析。探究出最佳制备工艺。

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4. 参考文献(12篇以上)

1]宋宇宽. 太阳能热发电中熔融盐相变储热材料的制备与研究[d].西安工程大学,2016.

[2]路阳,彭国伟,王智平等.熔融盐变相储热材料的研究现状及发展趋势[j]材料导报:综述篇,2011,25(11):38

[3]李月锋,张东.高温相变材料 li2co3-na2co3 循环热稳定性分析[j].储能科学技术,2013,4(2):369

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