粉煤灰基复合相变材料研究进展

日期:2024-09-10 字号:
DOI
10.19817/j.cnki.issn 1006-3536.2024.08.002


以相变材料为核心的相变储能技术,可有效解决太阳能或风能等新能源利用中存在的能量密度低、随机性及波动性大等问题,成为近年来新能源材料领域的研究热点之一。各种相变材料中,固-液相变材料最具应用前景,然而其应用过程中存在易泄漏、导热性差等问题。随着能源需求的不断增加,煤炭的低成本及新能源不稳定性等使得经济社会发展对煤炭资源的依赖并未大幅度减少。目前,燃烧是煤炭主要的利用方式,煤炭燃烧过程中会产生大量的固体废弃物粉煤灰(FA),仅2021年我国FA产量约为7.9亿吨。FA不但占用大量土地,还对生态环境和人类健康造成严重影响。我国FA综合利用水平较低,高值化利用水平更低。利用FA作为基体封装相变材料,不但可使FA变废为宝,缓解其堆存问题,减少环境污染,而且可改善PCM的封装性能,提高FA高值化利用水平。


相变材料可按照相变温度、相态变化形式、化学成分等进行分类,不同相变材料的特征、性质不同,其应用场景亦不同。笔者主要从FA基复合相变材料组成、制备过程及方法、封装效果、储热性能、强化导热、应用等方面对近5年FA基有机、无机复合相变材料的研究进展进行了综述,并展望了其未来的研究方向。


1

FA基复合相变材料的类型及研究进展


FA为封装材料直接对一元脂肪酸类相变材料进行封装防泄漏,为进一步提高FA对脂肪酸类相变材料的封装效率,可进行碱化、酸化或高温热处理等改性处理。


改变相变材料成分,变一元为二元或多元相变材料来调整相变温度,可满足不同应用对象的温控需要或者获得更高潜热,故共晶类相变材料成为优选方案。


为满足高温温控调整或更高潜热需求,通过改变相变材料组分,可以制备共晶熔融盐类无机复合相变材料


目前主要采用2种方法提高FA基复合相变材料的强化导热:一是利用FA改性强化导热;二是添加高导热剂强化导热。


2

FA基复合相变材料的应用


FA基复合相变材料热稳定性、化学相容性和循环耐久性好,FA基有机复合相变材料和无机水合盐复合相变材料主要应用在低温领域,在建筑节能方面应用研究较多。添加FA基复合相变材料的水泥砂浆热性能优异、机械强度可满足标准,温度调节性能显著,可广泛应用于室内温度调节与建筑节能。而FA基无机熔融盐和金属复合相变材料主要用于高温领域,目前应用研究还较少。


3

结语与展望


使用FA作为基体封装PCM,对FA的综合利用及改善复合相变材料的封装性能具有重要意义,但未来仍有很多方面需加强研究:


(1)鉴于一元相变材料温度难调整的问题,应针对不同应用对象的温度要求,加强高潜热、高导热率、相变温度可调的多元-梯级FA基复合相变材料的研究,尤其是FA基高温复合相变材料的研究,以满足太阳能、工业余热连续温变的需要。


(2)碱化及热处理均可提高封装效率,结合FA基复合相变材料的制备,一方面探索工艺简单、成本较低的封装-制备方法,另一方面探索FA基复合相变材料的微胶囊化,与多孔矿物材料构建多元基体并进行二次封装。


(3)对FA进行碱化、热处理等改性,以及添加高导热剂均可提高FA基复合相变材料的导热率,克服FA及相变材料导热性差的缺点,未来应加强FA基复合相变材料的应用,进一步强化材料的导热效果。


(4)目前FA基复合相变材料的应用研究主要集中在建筑调控温度和建筑节能降耗方面,应拓展其在工业余热、路基材料、地热能及太阳能高效利用等方面的应用研究。



END


来源:《化工新型材料》2024年第8期