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中國礦業(yè)大學(xué)劉昌會副教授在潛熱儲能材料方面取得研究進展

2021-08-29 19:59  來源:中國礦業(yè)大學(xué)  瀏覽:  

儲熱在儲能技術(shù)中占據(jù)至關(guān)重要的地位,是解決能源在空間和時間不匹配問題上的有效途徑。潛熱儲能由于其儲能密度高,工作階段溫度波動小,具有重要的實際應(yīng)用價值。然而,潛熱儲能中儲能材料在發(fā)生相變過程中會導(dǎo)致泄漏,在一定程度上限制了儲熱材料的實際應(yīng)用范圍,并且相對較低的導(dǎo)熱系數(shù)會導(dǎo)致潛熱儲能材料熱響應(yīng)效應(yīng)較慢,大大降低了熱能的使用效率。

主要創(chuàng)新點

近日,電力學(xué)院儲能與傳熱課題組劉昌會副教授等人合成了一種含有機/無機雜化硅氧基官能團的聚合物,將其應(yīng)用于潛熱儲能材料的封裝,并以第一作者在著名期刊Angewandte Chemie (IF = 12.959)發(fā)表題為“Highly Efficient Thermal Energy Storage Using a Hybrid Hypercrosslinked Polymer”的封面文章。論文通訊及第一作者為劉昌會副教授,中國礦業(yè)大學(xué)為唯一通訊單位。本文的實驗過程主要由碩士研究生張家豪完成,饒中浩教授參與指導(dǎo)該工作。

課題組使用氫氧化鈉水溶液為催化劑,在溫和的條件完成高分子的超交聯(lián)過程,進而實現(xiàn)對于潛熱儲能材料的快速封裝。值得注意的是,反應(yīng)物的初始均相狀態(tài)在最大程度上保證潛熱儲能材料有效封裝的同時,也允許其與第三種組分——納米粒子均勻復(fù)合,使得復(fù)合相變材料沒有泄露情況下潛熱可達到180 J/g,在碳基納米材料、金屬氧化物納米顆粒和無機氧化物納米顆粒的促進下,復(fù)合潛熱儲能材料的導(dǎo)熱系數(shù)最高可以提升600%,光熱轉(zhuǎn)換效率可達93.7%。此外,由于高分子特有的硅氧官能團可以像海綿一樣對復(fù)合材料中的水分進行吸收和釋放,有望解決無機潛熱儲能材料過冷度高、循環(huán)穩(wěn)定性差的問題。進一步的研究表明,該有機/無機雜化高分子上有機片段有利于提升該材料的表面疏水性,進而賦予該潛熱儲能材料表面獨特的自清潔性能。該策略的成功實施實現(xiàn)了一種方案同時應(yīng)用于有機及無機復(fù)合潛熱儲能材料的合成,在解決潛熱儲能材料泄漏問題的同時還賦予復(fù)合材料優(yōu)異的儲放熱、光熱轉(zhuǎn)化與自清潔性能。

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