納米二氧化鈦-赤藻糖醇儲(chǔ)能體系實(shí)驗(yàn)研究

章學(xué)來(lái)　丁錦宏　羅孝學(xué)　徐蔚雯

(上海海事大學(xué)蓄冷技術(shù)研究所　上海　201306)

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納米二氧化鈦-赤藻糖醇儲(chǔ)能體系實(shí)驗(yàn)研究

章學(xué)來(lái)丁錦宏羅孝學(xué)徐蔚雯

(上海海事大學(xué)蓄冷技術(shù)研究所上海201306)

針對(duì)移動(dòng)供熱的溫度范圍，相變溫度為119 ℃的赤藻糖醇具有很大的應(yīng)用潛力，但其存在導(dǎo)熱系數(shù)低、放熱不穩(wěn)定、容易過(guò)冷等不足。本文通過(guò)添加納米材料作為成核劑改善赤藻糖醇性能，制備了不同納米材料的相變復(fù)合材料。對(duì)樣品的融化-凝固進(jìn)行觀察記錄，繪制時(shí)間溫度曲線并對(duì)納米氧化鈦在質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的情況下進(jìn)行體積膨脹率和密度、過(guò)冷度、相變潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定，測(cè)試表明，相對(duì)于純赤藻糖醇，添加納米級(jí)物質(zhì)作為成核劑可以減小相變材料的過(guò)冷度，并且在一定程度上可以提高相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)；納米二氧化鈦對(duì)樣本的密度數(shù)值上有0.02～0.08 g/cm3的波動(dòng)，膨脹率呈減小的趨勢(shì)；添加0.1%的納米二氧化鈦-赤藻糖醇過(guò)冷度下降37.91%，潛熱值下降2.25%，固態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)增大3.67倍。

儲(chǔ)能技術(shù)；赤藻糖醇；納米復(fù)合材料；熱物理性能

移動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)作為重要的節(jié)能技術(shù)之一，在化工、空調(diào)、采暖、建筑、工業(yè)、航天等領(lǐng)域的應(yīng)用已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。利用材料固-液相變的潛熱，進(jìn)行廢熱回收，取得了較好的經(jīng)濟(jì)收益。但也存在一些問(wèn)題，例如盡管硫酸鈉水合鹽(Na2SO4·10H2O)具有相變溫度不高、潛熱值較大兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但是Na2SO4·10H2O經(jīng)多次熔化-結(jié)晶的儲(chǔ)放熱過(guò)程后，會(huì)發(fā)生相分離；氯化鈣的含水鹽(CaCl2·6H2O)是低溫型儲(chǔ)熱材料，但其過(guò)冷非常嚴(yán)重，有時(shí)在0 ℃，其液態(tài)熔融物仍不能凝固；再例如三水醋酸鈉(CH3COONa·3H2O)屬于中低溫儲(chǔ)熱材料，放熱溫度范圍波動(dòng)大，且過(guò)冷液體粘度不斷增加，分子的定向排列受到阻礙，形成非晶態(tài)物質(zhì)，相變潛熱隨也之減??；磷酸鹽類(Na2HPO4·12H2O)是一種高相變儲(chǔ)熱材料，但它的過(guò)冷溫差較大，凝固的開(kāi)始溫度通常為21 ℃。此外，大多數(shù)鹽類都含有溶于水的有毒金屬離子，不但會(huì)腐蝕移動(dòng)儲(chǔ)能金屬設(shè)備，而且人體吸收后會(huì)引起中毒。因此，各國(guó)學(xué)者都開(kāi)始尋找一種運(yùn)行中安全、穩(wěn)定、潛熱值大的相變材料。

赤藻糖醇是以玉米淀粉為原料的純天然甜味劑，具有化學(xué)穩(wěn)定好、對(duì)人體、動(dòng)植物無(wú)害，且具有與冰大致相同的單位質(zhì)量潛熱值(339 kJ/kg)，由于密度大，其單位體積的潛熱值是冰的1.4倍。但是研究發(fā)現(xiàn)赤藻糖醇過(guò)冷度不穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)低，這極大影響了儲(chǔ)能設(shè)備的穩(wěn)定性[1]，為了提高赤藻糖醇在儲(chǔ)能吸放熱過(guò)程中的穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都做了相關(guān)研究。Agyenim F等[2]利用赤藻糖醇相變潛熱，成功驅(qū)動(dòng)了溴化鋰-水吸收式制冷系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，即可提供溴化鋰-水吸收式制冷系統(tǒng)所需熱量。Shukla A等[3]對(duì)赤藻糖醇穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)75次儲(chǔ)放熱循環(huán)后，赤藻糖醇潛熱值沒(méi)有衰減，化學(xué)性能穩(wěn)定，但是放熱時(shí)出現(xiàn)15 ℃過(guò)冷。另外，Agyenim F等[4]將光管與帶有縱向翅片及環(huán)形翅片的換熱器進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)表明縱向翅片能更好地提高儲(chǔ)熱過(guò)程的響應(yīng)速度及降低放熱過(guò)程的過(guò)冷現(xiàn)象；Chen C R等[5]采用數(shù)值模擬的方法研究了不同材料的換熱器對(duì)赤藻糖醇換熱性能的影響，唐剛志等[6]將三維針翅管用作換熱元件以強(qiáng)化換熱，測(cè)定了赤藻糖醇的溫度分布隨時(shí)間變化的規(guī)律以及能量隨時(shí)間變化的規(guī)律；何欽波等[7]和劉玉東等[8]對(duì)納米流體成核過(guò)冷度及粘度做了實(shí)驗(yàn)研究，表明加入納米TiO2粉體后，可大幅度降低BaCl2水溶液的結(jié)晶成核過(guò)冷度，且隨著粒子濃度的增加，粘度增加越顯著；粘度隨溫度降低而升高，表現(xiàn)為牛頓型流體的流變特性。章學(xué)來(lái)等[9-10]也積極開(kāi)展了對(duì)移動(dòng)供熱技術(shù)的研究，公開(kāi)了若干項(xiàng)關(guān)于移動(dòng)供熱設(shè)備以及相變儲(chǔ)熱材料的專利，移動(dòng)供熱裝置的研究包括直接接觸式、耦合式等。在相變材料研究方面，已研制出幾種相變儲(chǔ)熱效果理想、換熱理想、無(wú)毒、過(guò)冷度小、無(wú)液相分離現(xiàn)象的相變材料[11-12]。

基于納米技術(shù)在工程中的發(fā)展，特別在相變儲(chǔ)能強(qiáng)化換熱領(lǐng)域已成為研究熱點(diǎn)[13-16]，針對(duì)赤藻糖醇導(dǎo)熱差、過(guò)冷不穩(wěn)定的問(wèn)題展開(kāi)改造性研究，向赤藻糖醇中添加納米材料形成復(fù)合相變材料，本文著重研究添加氧化鎳(NiO)、氧化銅(CuO)、三氧化二鋁(Al2O3)、四氧化三鐵(Fe3O4)、二氧化鈦(TiO2)對(duì)相變材料儲(chǔ)能性能影響，并通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)研究TiO2-赤藻糖醇復(fù)合儲(chǔ)能材料熱力學(xué)性能的影響。

1　復(fù)合材料制取

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及材料

赤藻糖醇純度為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))99.8%，山東濱州三元生物科技有限公司；納米NiO、納米CuO、納米Al2O3、納米Fe3O4、納米TiO2，上海水田納米科技有限公司。

1.2 納米顆粒-赤藻糖醇復(fù)合材料制取

制取過(guò)程如圖1所示，首先稱取6份40 g的赤藻糖醇置于燒杯中，其中1份不加納米顆粒的純赤藻糖醇作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，然后分別稱取納米NiO、納米CuO、納米Al2O3、納米Fe3O4、納米TiO2各0.4 g。將裝有赤藻糖醇的燒杯置于140 ℃的恒溫油浴中直至完全熔化，再將1份赤藻糖醇置于集熱式磁力攪拌器的油浴中，溫度140 ℃，轉(zhuǎn)速設(shè)定為30 r/min，待相變完成后，將剛稱取的納米顆粒緩慢倒入液態(tài)赤藻糖醇中。一邊攪拌一邊加入納米顆?？梢允辜{米顆粒迅速浸入基液中，有利于懸浮液穩(wěn)定，納米顆粒完全倒入后繼續(xù)磁力攪拌60 min后備用，其余各份樣品均按照上述方法制備。

圖1　納米復(fù)合材料制取過(guò)程Fig.1 The preparation process of complex phase change material

1.3 納米添加物對(duì)材料儲(chǔ)熱性能影響

在140 ℃的恒溫油浴中，放入裝有樣品的6只燒杯，并在燒杯中央插入熱電偶。為了保證良好的傳熱效果，在此過(guò)程中要注意油浴液面一定要高于液態(tài)樣本液面高度；另外利用保溫材料做一個(gè)燒杯塞子蓋在燒杯上部保證良好的保溫效果。樣本在熔化升溫的過(guò)程中由安捷倫記錄時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)，將記錄的數(shù)據(jù)以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制樣本熔化過(guò)程的時(shí)間-溫度曲線，如圖2所示。

觀察各個(gè)樣本的走勢(shì)和斜率不難發(fā)現(xiàn)，添加納米Al2O3的樣品相變溫度在116 ℃左右，儲(chǔ)熱速率相比純赤藻糖醇要小，在1900 s附近直接進(jìn)入顯熱儲(chǔ)熱階段。添加納米CuO的樣品儲(chǔ)熱速率與純赤藻糖醇持平，二者約在2000 s完成相變，時(shí)間相差100 s左右，因此對(duì)改善物理熱性能作用可忽略。添加納米NiO和納米Fe3O4的樣品儲(chǔ)熱速率略快于純赤藻糖醇，兩者在1000 s開(kāi)始相變，于2300 s左右結(jié)束相變，潛熱儲(chǔ)熱過(guò)程較純赤藻糖醇有所改善，但不明顯。而添加納米TiO2的樣本從曲線在0～100 s的斜率可知：其傳熱性能明顯優(yōu)于其余各個(gè)樣本，并且在950 s左右便率先進(jìn)入相變過(guò)程，潛熱儲(chǔ)熱過(guò)程中曲線總體走勢(shì)平穩(wěn)，在118 ℃上下小幅波動(dòng)直至相變完成。

圖2 納米復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料升溫曲線Fig.2 Time-temperature curve of different composites

添加納米金屬氧化物粉末后，除了納米Al2O3，其他樣本的溫度變化速率均大于純赤藻糖醇，納米復(fù)合赤藻糖醇達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間有所減少。綜合考慮儲(chǔ)熱過(guò)程中的各種納米添加物的升溫速率和潛熱儲(chǔ)熱時(shí)間長(zhǎng)短，可知將納米TiO2添加到赤藻糖醇中是提高赤藻糖醇傳熱性能的一種有效途徑。

圖3 體積膨脹率測(cè)試過(guò)程Fig.3 Test process of volume expansion rate

2　TiO2-赤藻糖醇復(fù)合儲(chǔ)能材料熱力學(xué)性能測(cè)試

2.1 體積膨脹率和密度測(cè)試

復(fù)合相變材料體積膨脹率測(cè)試的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1)用天平稱取6份40 g赤藻糖醇分別放于100 mL耐高溫量筒中，直接放在140 ℃恒溫油浴槽中加熱至完全熔化；再稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%納米TiO2，將其倒入已相變完成的6個(gè)赤藻糖醇樣品中，如圖3所示。磁力震蕩后讀量筒示數(shù)；

2)將裝有熔融狀態(tài)納米TiO2-赤藻糖醇復(fù)合相變材料的量筒置于空氣環(huán)境中自然冷卻，圖3(h)為待凝固復(fù)合相變材料。待其完全冷卻下來(lái)后，向量筒中倒入水至某一定刻度Vc；

3)將步驟2)量筒中的水迅速倒入另外一個(gè)量筒中，讀出水的體積Vw；通過(guò)計(jì)算得出納米TiO2-赤藻糖醇復(fù)合相變材料的體積膨脹率：

(1)

4)上述實(shí)驗(yàn)步驟重復(fù)操作5次，取上述參數(shù)計(jì)算平均值。

實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表1所示。表中所測(cè)結(jié)果與文獻(xiàn)[17]基本一致，出現(xiàn)誤差的可能原因是研究者在測(cè)量固態(tài)赤藻糖醇時(shí)，添加水到一定刻度，通過(guò)水的體積來(lái)測(cè)量固體體積，在這個(gè)過(guò)程中可能部分赤藻糖醇固體溶于水中，造成固體體積小于實(shí)際體積。根據(jù)膨脹率公式可知，分子增大，分母不變，勢(shì)必造成膨脹率增大。另外，由于納米TiO2不溶于赤藻糖醇，占據(jù)了一定體積，與純赤藻糖醇相比，膨脹率同樣會(huì)減小，此現(xiàn)象可通過(guò)數(shù)據(jù)看出。

表1實(shí)驗(yàn)測(cè)赤藻糖醇體積膨脹率

Tab.1Erythritol volume expansion rate

樣品添加TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%V—l/mLV—c/mLV—w/mLΔV/%1031.250.022.613.8720.131.050.022.713.5530.232.250.021.512.9840.332.250.021.312.2050.431.950.021.511.9360.532.250.020.810.27

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，樣品的質(zhì)量可以確定，密度的計(jì)算公式為：

(2)

式中：m為復(fù)合材料的質(zhì)量，g；V為復(fù)合材料的體積，mL。結(jié)合表1，計(jì)算出固-液態(tài)復(fù)合儲(chǔ)熱相變材料的密度，如表2所示。

表2實(shí)驗(yàn)測(cè)復(fù)合儲(chǔ)熱相變材料密度

Tab.2The density of composite material’s shortages

樣品添加TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%ρl/(g/cm3)ρs/(g/cm3)101.281.4620.11.291.4830.21.241.4140.31.251.4050.41.261.4160.51.251.38

2.2 納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)過(guò)冷度的影響

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將6個(gè)液態(tài)樣本從140 ℃恒溫槽取出，放入60 ℃低溫恒溫槽中，用安捷倫記錄其放熱過(guò)程中的步冷曲線。由圖4可知，6個(gè)樣品可以分為三個(gè)階段：第一階段，由于高低溫?zé)嵩礈夭钶^大，使得樣品迅速降溫，放出大量熱量；第二階段，樣品進(jìn)入潛熱放熱階段，即結(jié)晶凝固階段，在此過(guò)程中可以看到相應(yīng)的過(guò)冷度，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3(不含樣品5、樣品6)；第三階段，顯熱放熱階段，各個(gè)樣品溫度趨于實(shí)驗(yàn)設(shè)定環(huán)境溫度。

由圖4整體趨勢(shì)可知，添加的納米TiO2越多，對(duì)于赤藻糖醇過(guò)冷度減小的效果越不明顯，但是比較6個(gè)樣品來(lái)看，TiO2對(duì)于改善赤藻糖醇過(guò)冷度有一定作用；另外，納米添加物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.4%時(shí)，復(fù)合儲(chǔ)熱相變材料的相變溫度變得不明顯，無(wú)法準(zhǔn)確判斷其相變過(guò)程，具體表現(xiàn)為樣品5和樣品6在810～2000 s時(shí)間段的溫度從80 ℃穩(wěn)步上升到100 ℃，期間沒(méi)有出現(xiàn)平臺(tái)期，表3因此不討論其性質(zhì)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因：1)添加納米級(jí)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到達(dá)一定值后，由于TiO2自身微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(如化學(xué)鍵)，使得赤藻糖醇微觀晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，失去了晶體固有的性質(zhì)，向非晶體結(jié)構(gòu)發(fā)展；2)添加納米級(jí)物質(zhì)的質(zhì)量增加時(shí)，改變了TiO2復(fù)合相變材料的整體溫度場(chǎng)分布，在升溫或降溫過(guò)程中出現(xiàn)不均勻、納米材料過(guò)度集中等現(xiàn)象，失去了相變平臺(tái)過(guò)程。

圖4 納米TiO2-赤藻糖醇步冷曲線Fig.4 Step cooling curve during the exothermic

表3納米TiO2-赤藻糖醇放熱性能

Tab.3Heat performance of nanotitanium-erythritol

樣品添加TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%結(jié)晶過(guò)程最高溫度/℃結(jié)晶過(guò)程最低溫度/℃過(guò)冷度/℃結(jié)晶持續(xù)時(shí)間/s10104.3670.0234.3457020.1110.4689.1421.3282530.2103.0083.2019.8054040.3101.2780.9120.36470

由表3可知，添加納米TiO2對(duì)赤藻糖醇的過(guò)冷度有一定的改善，但是效果不明顯，原因可能是添加納米TiO2對(duì)赤藻糖醇結(jié)晶成核有一定的促進(jìn)作用，但不能完全將過(guò)冷度降低至零。同時(shí)考慮過(guò)冷度大小和潛熱儲(chǔ)熱時(shí)間的長(zhǎng)短，添加TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.2%時(shí)比較理想。通過(guò)計(jì)算可知：添加0.1%時(shí)，過(guò)冷度降低37.91%，但隨著添加量增大，潛熱儲(chǔ)熱時(shí)間縮短，相應(yīng)的潛熱值也減小。

2.3 相變溫度及相變潛熱測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)中的具體操作如下：

1)樣品的準(zhǔn)備與稱量，將復(fù)合儲(chǔ)熱相變材料凝固后的固體樣品切碎，放入卷邊敞口鋁鍋內(nèi)，用分析天平準(zhǔn)確稱量10 mg，同時(shí)稱取等重的參比物，加蓋后分別在卷邊機(jī)上卷邊壓緊；

2)打開(kāi)穩(wěn)壓電源，使電壓穩(wěn)定在220 V，打開(kāi)高壓鋼瓶，將氣體流量計(jì)設(shè)定，接通DSC爐氣管，設(shè)置吹掃氣流量為20 mL/min，保護(hù)氣流量為60 mL/min；

3)打開(kāi)爐蓋，放上安全板，將樣品和參比物分別放入樣品池和參比池中，加蓋蓋好，關(guān)閉爐蓋；

4)測(cè)控軟件設(shè)置，加熱速率設(shè)為5 K/min；溫度熔化區(qū)間為20～150 ℃，測(cè)試條件設(shè)置完成后，儀器自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。

5)重復(fù)上述步驟，6個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完畢后，按降溫鍵，回到室溫后。

6)取出樣品，最后關(guān)閉儀器及電源，處理結(jié)果數(shù)據(jù)如圖5所示。

由圖5可知：納米TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.1%時(shí)，相比其他組分比例，潛熱值較為理想。相對(duì)于純赤藻糖醇，0.1%復(fù)合材料潛熱值下降了2.25%，隨著納米添加物的增多，復(fù)合儲(chǔ)熱相變材料的潛熱值隨之減少。

2.4 納米TiO2-赤藻糖醇導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

對(duì)樣品測(cè)試時(shí)，固體樣本采用探頭5501。為了使探頭本身產(chǎn)生的熱量散發(fā)，以及樣本內(nèi)部溫度場(chǎng)均勻穩(wěn)定，樣本導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的間隔時(shí)間取為15 min。測(cè)試具體過(guò)程如下：

1)打開(kāi)在Hot Disk主機(jī)的后面板開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)儀器。通常在測(cè)試樣品前，儀器需至少預(yù)熱30 min。

2)將探頭固定在樣品架上，將兩塊樣品分別放置于探頭兩邊，然后用樣品夾具固定，使探頭與樣品之間沒(méi)有空隙，以保證探頭產(chǎn)生的所有熱量均被樣品吸收。

3)設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括：樣品可檢測(cè)深度、初始溫度、探頭類型、輸出功率和測(cè)試時(shí)間。通常導(dǎo)熱系數(shù)越高，輸出功率大，測(cè)試時(shí)間短；導(dǎo)熱系數(shù)越小，輸出功率小，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)。

4)儀器先對(duì)溫度場(chǎng)平衡，然后記錄溫度場(chǎng)基線，最后開(kāi)始檢測(cè)樣品。使用Hot Disk軟件對(duì)曲線進(jìn)行分析，得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

根據(jù)軟件系統(tǒng)提示，調(diào)整參數(shù)設(shè)置，使特征功率和時(shí)間落在最佳范圍內(nèi)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)去除測(cè)試最高最低值，將穩(wěn)定值取平均值結(jié)果如表4所示。

表4復(fù)合相變材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試平均結(jié)果

Tab.4The average thermal conductivity of composite nanotitanium-erythritol

樣品添加物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%加熱功率/mW導(dǎo)熱系數(shù)/(W/(m·K))100.50.3620.10.51.3230.20.51.0840.30.51.2250.40.50.6660.50.50.71

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下DSC 曲線Fig.5 DSC curve of different mass fraction nanotitanium-erythritol

由表4可知，當(dāng)添加納米TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.3%時(shí)，復(fù)合蓄熱相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大，當(dāng)上述質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.4%，甚至達(dá)到0.5%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)又出現(xiàn)下降趨勢(shì)。造成的原因可能是固態(tài)樣本在冷凝過(guò)程中，隨著溫度降低，布朗效應(yīng)減弱，納米TiO2與赤藻糖醇存在一定的密度差，出現(xiàn)沉降，使得樣本中的納米TiO2不能均布在赤藻糖醇中，傳熱能力變差，導(dǎo)熱系數(shù)降低。

3　總結(jié)

本文結(jié)合移動(dòng)供熱技術(shù)，研制了一種納米TiO2-赤藻糖醇復(fù)合儲(chǔ)能相變材料，它的優(yōu)點(diǎn)在于改善了基料過(guò)冷度大的缺陷，并且提高了導(dǎo)熱系數(shù)。通過(guò)對(duì)赤藻糖醇復(fù)合儲(chǔ)能相變的研究表明：

1)以赤藻糖醇作為主要研究對(duì)象，其相變潛熱339 kJ/kg，相變溫度119 ℃。本文通過(guò)添加納米金屬氧化物(包括TiO2、Al2O3、NiO、Fe3O4和CuO)來(lái)改善基料赤藻糖醇的熱物理性質(zhì)，原因是納米級(jí)物質(zhì)作為成核劑可以減小相變材料的過(guò)冷度，并且在一定程度上可以提高相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)。應(yīng)用時(shí)間曲線法確定納米TiO2作為基材的添加物。

2)對(duì)納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的6個(gè)納米TiO2-赤藻糖醇樣本的材料性能進(jìn)行測(cè)定，包括密度、膨脹率、過(guò)冷度、相變溫度、相變潛熱和固態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于純赤藻糖醇，納米TiO2對(duì)樣本的密度影響不大，數(shù)值上有0.02～0.08 g/cm3的波動(dòng)，膨脹率呈減小的趨勢(shì)。與純赤藻糖醇相比，添加0.1%的納米TiO2-赤藻糖醇過(guò)冷度下降37.91%，潛熱值下降2.25%，固態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)增大3.67倍。

本文受上海市教委重點(diǎn)項(xiàng)目(12ZZ154)和上海海事大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(YXR2015135)資助。(The project was supported by the Project of Shanghai Municipal Education Commission (No. 12ZZ154) and the Graduate Innovation Fund of Shanghai Maritime University (No. YXR2015135).)

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About the corresponding author

Ding Jinhong, male, master candidate, Institute of Cooling Energy Storage Technology, Shanghai Maritime University, +86 15000986351, E-mail: 916565119@qq.com. Research fields: energy storage technology.

Experimental Research on Nanotitanium-erythritol Energy Storage System

Zhang XuelaiDing JinhongLuo XiaoxueXu Weiwen

(Institute of Cooling Energy Storage Technology, Shanghai Maritime University, Shanghai, 201306, China)

Erythritol with transformation temperature of 119 ℃ has huge potential in application according to temperature range of mobile heating, but it is also limited by its disadvantage of low thermal conductivity, unstable heat releasing, bigger supercooling. Nanometer materials as nucleating agents were putted into erythritol in order to improve its thermal properties, and the composite can be used as phase change materials (PCMs). The properties of nanotitanium-erythritol with different mass ratio have be gained by time-temperature curve, differential scanning calorimetry (DSC),thermal conductivity test and other properties testing. The results show that nanometer materials can decrease the supercooling of erythritol in a large degree, and it can also increase its thermal conductivity in small extent; nanometer titania can decrease the composite's coefficient of cubical expansion, and the composite′s density will fluctuate over a little range with 0.02-0.08 g/cm3; nanometer titania of 0.1% mass ratio has a drop of 37.91 percent in erythritol's supecooling, 1.09 percent in its latent heat and a growth of 3.67 times in solid thermal conductivity.

energy storage technology; erythritol; nano-PCMs; thermal property

0253-4339(2016) 01-0070-07

10.3969/j.issn.0253-4339.2016.01.070

2015年4月11日

TB383；TK02

A

簡(jiǎn)介

丁錦宏，男，碩士研究生，上海海事大學(xué)蓄冷研究所，15000986351，E-mail: 916565119@qq.com。研究方向：儲(chǔ)能技術(shù)。