摘要
能量储存技术可以促进对新能源的开发和对传统能源的高效利用，特别是热能储存（TES）系统，它具有灵活性好、性价比高等优点。TES技术的核心在于储热材料的选取，Hitec盐在中温TES领域具有相变温度合适、相变潜热大、分解点高等优势，但是也存在着相变易泄露、易腐蚀和导热率低等问题。而多孔陶瓷封装可以解决Hitec盐的这些问题，因此选用合适的多孔陶瓷材料封装Hitec盐，制备用于中温TES系统的复合相变材料（CPCM）具有重要意义。本文采用实验和分子动力学模拟相结合的方式，以多孔铝硅酸盐陶瓷（AC）为基体，Hitec盐为相变材料（PCM）制备了新型CPCM，探究了多孔AC的孔隙特性以及CPCM中多孔AC对Hitec盐的热物性影响。 首先对多孔铝硅酸盐陶瓷性质进行研究，使用MaterialsStudio软件建立了SiO2∶Al2O3分子比例分别为3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2、1∶3多孔铝硅酸盐模型。使用软件中的Forcite、VAMP等模块对模型进行模拟后得到该模型的导热率、比热容、孔隙率和比表面积等数据。结果表明随着Al2O3占比增大，比热容、导热率、比表面积和孔隙率都在增加，其中导热率整体变化呈分段线性增加趋势，定压比热容和孔隙率增加缓慢。在实验中，SiO2∶Al2O3比例也采用上述分子比，通过添加造孔剂法制备多孔AC，将硅藻土、氢氧化铝、氧化铝和可溶性淀粉按一定比例混合制备陶瓷胚体并在1250℃下烧结成多孔AC。然后利用SEM观察多孔陶瓷内部孔隙、同时使用阿基米德排水法测试其孔隙率。实验数据表明可溶性淀粉占比增大多孔AC孔隙率增加；当造孔剂占比不变而Al2O3占比增大时，多孔AC孔隙率也在增加，这与分子动力学模拟所得结果的变化趋势相似。 接着采用静态熔融法以53wt％KNO3∶7wt％NaNO3∶40wt％NaNO2比例制备Hitec盐，采用自发熔融浸渍法将Hitec熔盐吸附到陶瓷中以制备CPCM，并通过DSC、导热率分析仪、TG、XRD、SEM等研究其性能（比热容Cp、相变温度、相变潜热、导热率、分解点、晶体结构、微孔结构）。在多孔铝硅酸盐陶瓷烧结温度都为1250℃情况下，DSC和导热率分析仪测试发现相较于其它组材料，添加25wt％可溶性淀粉且SiO2∶Al2O3=1∶2时得到CPCM综合热物性最好，导热系数为2.11W/(m?K)，其Cp和相变潜热分别为1.25J/(g?K)和60.83J/g。TG研究发现多孔铝硅酸盐可使CPCM分解温度提高至750℃，同时降低分解速率。XRD分析得出多孔铝硅酸盐陶瓷Al2O3添加量增加，其内部莫来石晶体比例增加，晶型稳定性增强。SEM观察可以看出多孔铝硅酸盐陶瓷从SiO2∶Al2O3=3∶1至SiO2∶Al2O3=1∶2孔径由30-50μm变化为10-30μm，孔隙逐渐变小、孔径更加均匀，计算发现毛细作用增强，Hitec盐在熔融状态下不易泄露。 本文研究结果为选择合适的Hitec盐/多孔铝硅酸盐陶瓷复合相变储能材料作为中温TES系统的储能材料提供了依据。
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