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室温熔盐水合物相变储能材料的理论和实验研究

2020-11-30阅读(188)

室温熔盐水合物相变储能材料的理论和实验研究

论文摘要

随着社会的发展,人们生活水平的提高,人类对能源的需求日益增加,但能源的利用率仍不是很高,能源供应紧张和环境保护问题日益突出。研发能充分利用低温热源的新能源是解决能源紧张的重要途径。室温相变储能材料是一种很重要的高效建筑节能材料,它具有可以充分利用低温热源热量、储能密度大、相变焓大、成本低廉等优点。然而目前已发现熔点在15℃-25℃之间的无机相变储能材料非常稀少,且价格较贵。能否开发出更廉价、更安全（无安全隐患）、性能更优异的室温相变储能材料,将是室温相变储能材料走向实际应用的关键。然而,现有的“炒菜”式寻找方法极为耗时耗财,为此,本研究采用热力学模型对价格低廉、储能密度大的多元盐水体系进行相图计算,寻找相变温度在15℃-25℃之间的室温相变储能新材料,主要的工作有:1)评述了热力学模型的研究及其应用现状,选择了一种可靠的热力学模型——BET模型用于室温相变材料的理论预测,并对BET模型重新进行理论假定和推导,扩展了其应用范围。2)根据模型研究的理论结果,编写了参数拟合和相图预测的程序。3)拟合NH4NO3的模型参数,结合已有的LiNO3、Mg（NO3）2和NaNO3模型参数,用BET模型预测了三元体系LiNO3-NH4NO3-H2O、LiNO3-Mg（NO3）2- H2O、LiNO3-NaNO3-H2O和四元体系LiNO3-Mg（NO3）2-NaNO3-H2O的多温溶解度相图,寻找这些体系中可能存在的相变温度在15℃–25℃的共晶点。4)根据理论预测的结果,对预测的相变温度在15℃-25℃的熔盐水化物材料进行物性检验,包括材料的冷却放热曲线、升温曲线等的测试。通过利用BET模型对以锂、镁盐为基础的多元盐水体系进行相图预测,研究发现在三元体系LiNO3-NH4NO3-H2O中存在一个相变温度为16℃的共晶点,其组成为:LiNO3·3H2O:66.17 wt.%,,NH4NO3:33.83 wt.%;四元体系LiNO3- Mg（NO3）2-NaNO3-H2O中存在一个相变温度为24.25℃的共晶点,其组成为:LiNO3·3H2O:67.4 wt.%,Mg（NO3）2·6H2O:26.9 wt.%,NaNO3:5.7 wt.%。通过对以上两个材料的物性检验,所预测的该配比共晶点符合室温相变储能材料的要求。还通过实验研究,在LiNO3-KNO3-H2O和LiNO3-Mg（NO3）2-KNO3-H2O两个体系中找到了两个室温相变储能材料。本文通过理论预测和实验验证,获得四个目前未见世界上任何文献报道、具有我国自主知识产权的室温相变储能新材料。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 相变储能材料的应用
  • 1.2 相变储能材料分类及性能要求
  • 1.3 室温相变储能材料的特征及应用
  • 1.4 熔盐水合物室温相变储能材料的研究现状
  • 1.5 寻找相变储能材料的主要途径
  • 1.6 本课题的提出及研究内容
  • 第2章 热力学模型评述
  • 2.1 Debye-Hückel 理论
  • 2.2 Pitzer 模型应用及发展
  • 2.3 Pitzer-Simonson-Clegg 模型
  • 2.4 MSA 模型
  • 2.5 BET 模型
  • 2.6 小结
  • 第3章 室温相变储能材料的理论模型预测
  • 3.1 二元体系BET 模型参数的确定
  • 3.2 三元体系相图的预测
  • 3-NH4NO3-H2O 相图的预测'>3.2.1 三元体系LiNO3-NH4NO3-H2O 相图的预测
  • 3- Mg（NO3）2-H2O 相图的预测'>3.2.2 三元体系LiNO3- Mg（NO3）2-H2O 相图的预测
  • 3-NaNO3-H2O 相图的预测'>3.2.3 三元体系LiNO3-NaNO3-H2O 相图的预测
  • 3-Mg（NO3）2-NaNO3-H2O 相图的预测'>3.3 四元体系LiNO3-Mg（NO3）2-NaNO3-H2O 相图的预测
  • 3.4 小结
  • 第4章 室温相变储能材料成核剂的选择
  • 4.1 实验部分
  • 4.1.1 试剂和仪器
  • 4.1.1.1 实验试剂
  • 4.1.1.2 实验仪器
  • 4.1.2 样品的组成
  • 4.1.3 成核剂的制备
  • 4.1.4 实验方法
  • 4.2 实验结果
  • 3·3H2O-Mg （NO3）2·6H2O 溶液'>4.2.1 样品LiNO3·3H2O-Mg （NO3）2·6H2O 溶液
  • 3·3H2O-NaNO3 溶液'>4.2.2 样品LiNO3·3H2O-NaNO3溶液
  • 4.3 小结
  • 第5章 室温相变储能材料性质的检验
  • 5.1 实验部分
  • 5.1.1 试剂和仪器
  • 5.1.1.1 实验试剂
  • 5.1.1.2 实验仪器
  • 5.1.2 实验配比
  • 5.1.3 实验方法
  • 3·3H2O-NH4NO3 的物性检验'>5.1.3.1 室温相变储能材料LiNO3·3H2O-NH4NO3的物性检验
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 的物性检验'>5.1.3.2 室温相变储能材料LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3的物性检验
  • 5.2 实验结果
  • 3·3H2O-NH4NO3 室温相变储能材料'>5.2.1 LiNO3·3H2O-NH4NO3室温相变储能材料
  • 3·3H2O-NH4NO3 最佳储能材料'>5.2.1.1 LiNO3·3H2O-NH4NO3最佳储能材料
  • 3·3H2O-NH4NO3 对比储能材料Ⅰ'>5.2.1.2 LiNO3·3H2O-NH4NO3对比储能材料Ⅰ
  • 3·3H2O-NH4NO3 对比储能材料Ⅱ'>5.2.1.3 LiNO3·3H2O-NH4NO3对比储能材料Ⅱ
  • 3·3H2O-NH4NO3 对比储能材料Ⅲ'>5.2.1.4 LiNO3·3H2O-NH4NO3对比储能材料Ⅲ
  • 3·3H2O-NH4NO3 对比储能材料Ⅳ'>5.2.1.5 LiNO3·3H2O-NH4NO3对比储能材料Ⅳ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 室温相变储能材料'>5.2.2 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3室温相变储能材料
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 最佳储能材料'>5.2.2.1 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3最佳储能材料
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 对比储能材料Ⅰ'>5.2.2.2 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3对比储能材料Ⅰ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 对比储能材料Ⅱ'>5.2.2.3 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3对比储能材料Ⅱ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 对比储能材料Ⅲ'>5.2.2.4 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3对比储能材料Ⅲ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 对比储能材料Ⅳ'>5.2.2.5 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3对比储能材料Ⅳ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 对比储能材料Ⅴ'>5.2.2.6 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3对比储能材料Ⅴ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 对比储能材料Ⅵ'>5.2.2.7 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3对比储能材料Ⅵ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3 对比储能材料Ⅶ'>5.2.2.8 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-NaNO3对比储能材料Ⅶ
  • 5.3 小结
  • 3-Mg（NO3）2- KNO3-H2O 的实验研究'>第6章 室温相变储能材料LiNO3-Mg（NO3）2- KNO3-H2O 的实验研究
  • 6.1 实验部分
  • 6.1.1 试剂和仪器
  • 6.1.1.1 实验试剂
  • 6.1.1.2 实验仪器
  • 6.1.2 实验配比
  • 6.1.3 实验方法
  • 3·3H2O-KNO3 的实验研究'>6.1.3.1 室温相变储能材料LiNO3·3H2O-KNO3的实验研究
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 的实验研究'>6.1.3.2 室温相变储能材料LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3的实验研究
  • 6.2 实验结果
  • 3·3H2O-KNO3 室温相变储能材料'>6.2.1 LiNO3·3H2O-KNO3室温相变储能材料
  • 3·3H2O-KNO3 储能材料Ⅰ'>6.2.1.1 LiNO3·3H2O-KNO3储能材料Ⅰ
  • 3·3H2O-KNO3 储能材料Ⅱ'>6.2.1.2 LiNO3·3H2O-KNO3储能材料Ⅱ
  • 3·3H2O-KNO3 储能材料Ⅲ'>6.2.1.3 LiNO3·3H2O-KNO3储能材料Ⅲ
  • 3·3H2O-KNO3 储能材料Ⅳ'>6.2.1.4 LiNO3·3H2O-KNO3储能材料Ⅳ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 室温相变储能材料'>6.2.2 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3室温相变储能材料
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 储能材料Ⅰ'>6.2.2.1 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3储能材料Ⅰ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 储能材料Ⅱ'>6.2.2.2 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3储能材料Ⅱ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 储能材料Ⅲ'>6.2.2.3 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3储能材料Ⅲ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 储能材料Ⅳ'>6.2.2.4 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3储能材料Ⅳ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 储能材料Ⅴ'>6.2.2.5 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3储能材料Ⅴ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 储能材料Ⅵ'>6.2.2.6 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3储能材料Ⅵ
  • 3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3 储能材料Ⅶ'>6.2.2.7 LiNO3·3H2O-Mg（NO3）2·6H2O-KNO3储能材料Ⅶ
  • 6.3 小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录A 攻读学位期间发表的论文及专利
  • 附录B BET 二元参数拟合计算程序
  • 附录C 三元相图计算程序
  • 附录D 四元相图计算程序
  • 致谢

    • 相关论文文献

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