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储能材料(颗粒方面)的研究工作及成果——中科院过程所储能课题组

来源:点击:2050发布时间:2015-07-13

1、新型微纳米相变储能换热器的研究

课题组利用自主研发、研究储能材料的热物理性能、适用不同温度范围的新型微纳米相变储能材料的基础上研究储热换热器内跨尺度的传热和流动,将其与高效的换热器相结合,以及储热材料的物化和热性能对系统的动态影响,正在研制开发新型微纳米相变储能换热器,可应用于高、中、低温多种工作温度范围。微纳米相变储能材料具有优秀的传热和储能性能,将其引入工业用换热器,解决了传统换热器的传热限制环节,可大幅度提高换热器的换热性能,同时可使换热器兼具良好的储能器功能,丰富了换热器在工业工艺流程过程中的应用。研究成果适用于燃煤、燃油、燃气发电锅炉及工业锅炉,可大幅降低锅炉排烟温度,提高锅炉热效率,亦可作为石油、化工、电力、冶金等各种行业的空气预热器、煤气预热器、余热锅炉、热风炉、工业窑炉等设备。

2、低温储热材料的研究

研究内容主要包括开发具有层状钙钛矿结构的固-固相变储热材料、石蜡基固-液相变储热材料以及复合相变储热材料,并结合自行设计的相变储热换热器和热管理系统以实现高效储能体系的应用。研究目标是可控合成一系列高储热、低成本、可大规模工业化生产的低温储热材料,以应用于太阳能储热和热负载领域。目前,储能团队已经研发出一系列相变温度于低温度区间、高相变焓的低温储热材料。

固-液相变材料在相变中有液相生成,为防止液相泄露而腐蚀或污染环境,在实际应用中常用容器封装以相变材料微胶囊形式出现。然而,相变材料微胶囊化后,由于常用的壁材导热率低,导致了相变材料微胶囊悬浮液的导热率低,为解决此问题,在研究中将导热率高的纳米粒子添加到囊芯中,来提高微胶囊悬浮液的导热率。通过改变反应物、催化剂的配比,制得了不同胶囊大小、不同壁厚的含纳米粒子的相变材料微胶囊样品;通过测量不同纳米粒子含量条件下悬浮液的导热率,得到了悬浮液最优热性能下的配方。

3、从事纳米金属颗粒粉体以及各种含能颗粒物质的氧化燃烧反应动力学研究,分子动力学模拟能量转化过程,各种含能颗粒材料的物理化学分析和性能表征。

(1) 将纳米结构材料应用于储能技术,制备纳微结构的SiC空心陶瓷胶囊材料,其内部嵌有中温储能相变材料,外部包覆致密的SiO2。将制备得到的胶囊材料应用于工业余热的吸收储存和重复利用,既能节省能源,又能解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾。

(2) 制备纳米半导体催化剂,以太阳能为驱动力,在太阳光照条件下,将CO2催化还原为甲醇,将太阳能转化为化学能,同时又能够将CO2循环利用,缓解环境污染及温室效应问题,实现低碳经济。此研究的合成环境温和,能量消耗小,既实现了碳的循环利用、缓解能源危机,又能够充分利用太阳能能源,节省其他能源消耗,实现真正的清洁生产。

(3) 在润滑油中加入纳米颗粒后形成纳米流体(纳米润滑剂),在大幅提高纳米流体导热性的同时还可以明显改善润滑剂的减摩抗磨性能。这种纳米流体表现出的良好传热性能以及摩擦学性能,为其在轧制工艺润滑方面的应用提供了基础。拟通过对该类型稳定纳米流体导热、传热、流变行为以为摩擦学性能的研究,揭示其摩擦学性能与传热、流变行为之间的关系。

中科院过程所储能课题组 丁玉龙

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