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儲能材料(顆粒方面)的研究工作及成果——中科院過程所儲能課題組

來源:點擊:12559發布時間:2015-07-13

1、新型微納米相變儲能換熱器的研究

課題組利用自主研發、研究儲能材料的熱物理性能、適用不同溫度范圍的新型微納米相變儲能材料的基礎上研究儲熱換熱器內跨尺度的傳熱和流動,將其與高效的換熱器相結合,以及儲熱材料的物化和熱性能對系統的動態影響,正在研制開發新型微納米相變儲能換熱器,可應用于高、中、低溫多種工作溫度范圍。微納米相變儲能材料具有優秀的傳熱和儲能性能,將其引入工業用換熱器,解決了傳統換熱器的傳熱限制環節,可大幅度提高換熱器的換熱性能,同時可使換熱器兼具良好的儲能器功能,豐富了換熱器在工業工藝流程過程中的應用。研究成果適用于燃煤、燃油、燃氣發電鍋爐及工業鍋爐,可大幅降低鍋爐排煙溫度,提高鍋爐熱效率,亦可作為石油、化工、電力、冶金等各種行業的空氣預熱器、煤氣預熱器、余熱鍋爐、熱風爐、工業窯爐等設備。

2、低溫儲熱材料的研究

研究內容主要包括開發具有層狀鈣鈦礦結構的固-固相變儲熱材料、石蠟基固-液相變儲熱材料以及復合相變儲熱材料,并結合自行設計的相變儲熱換熱器和熱管理系統以實現高效儲能體系的應用。研究目標是可控合成一系列高儲熱、低成本、可大規模工業化生產的低溫儲熱材料,以應用于太陽能儲熱和熱負載領域。目前,儲能團隊已經研發出一系列相變溫度于低溫度區間、高相變焓的低溫儲熱材料。

固-液相變材料在相變中有液相生成,為防止液相泄露而腐蝕或污染環境,在實際應用中常用容器封裝以相變材料微膠囊形式出現。然而,相變材料微膠囊化后,由于常用的壁材導熱率低,導致了相變材料微膠囊懸浮液的導熱率低,為解決此問題,在研究中將導熱率高的納米粒子添加到囊芯中,來提高微膠囊懸浮液的導熱率。通過改變反應物、催化劑的配比,制得了不同膠囊大小、不同壁厚的含納米粒子的相變材料微膠囊樣品;通過測量不同納米粒子含量條件下懸浮液的導熱率,得到了懸浮液最優熱性能下的配方。

3、從事納米金屬顆粒粉體以及各種含能顆粒物質的氧化燃燒反應動力學研究,分子動力學模擬能量轉化過程,各種含能顆粒材料的物理化學分析和性能表征。

(1) 將納米結構材料應用于儲能技術,制備納微結構的SiC空心陶瓷膠囊材料,其內部嵌有中溫儲能相變材料,外部包覆致密的SiO2。將制備得到的膠囊材料應用于工業余熱的吸收儲存和重復利用,既能節省能源,又能解決能源供求在時間和空間上不匹配的矛盾。

(2) 制備納米半導體催化劑,以太陽能為驅動力,在太陽光照條件下,將CO2催化還原為甲醇,將太陽能轉化為化學能,同時又能夠將CO2循環利用,緩解環境污染及溫室效應問題,實現低碳經濟。此研究的合成環境溫和,能量消耗小,既實現了碳的循環利用、緩解能源危機,又能夠充分利用太陽能能源,節省其他能源消耗,實現真正的清潔生產。

(3) 在潤滑油中加入納米顆粒后形成納米流體(納米潤滑劑),在大幅提高納米流體導熱性的同時還可以明顯改善潤滑劑的減摩抗磨性能。這種納米流體表現出的良好傳熱性能以及摩擦學性能,為其在軋制工藝潤滑方面的應用提供了基礎。擬通過對該類型穩定納米流體導熱、傳熱、流變行為以為摩擦學性能的研究,揭示其摩擦學性能與傳熱、流變行為之間的關系。

中科院過程所儲能課題組 丁玉龍

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