多孔基無機玻璃-熔鹽復合相變材料蓄熱性能的實驗研究*

羅 沛，于九洲，沈國清，張世平，李驚濤

多孔基無機玻璃-熔鹽復合相變材料蓄熱性能的實驗研究*

羅 沛，于九洲，沈國清?，張世平，李驚濤

（華北電力大學 能源動力與機械工程學院，北京 102206）

基于熔融浸滲法和黏結(jié)封裝法，以多孔基作為基體材料，分別采用無機玻璃粉與熔鹽作為相變材料開展實驗，探究儲熱樣本的最佳制備工藝流程?？疾炝藦秃舷嘧冃顭狍w的顯微結(jié)構(gòu)及物相組成特征，分析了復合相變蓄熱材料的質(zhì)量損失率，并對蓄熱體進行蓄熱性能分析及高溫抗壓強度測試。實驗結(jié)果表明，采用黏結(jié)封裝法，以氯化鈉作為相變材料，加蓋圓柱形三角孔蜂窩陶瓷基體作為載體，設定6.5℃/min的升溫速率，燒結(jié)溫度至800℃，保溫30 min，可制備蓄熱性能較為優(yōu)異的復合相變蓄熱材料。復合相變蓄熱材料的蓄熱密度為445.5 kJ/kg，該蓄熱體在800℃條件下高溫抗壓強度達到75.9 MPa，具有良好的蓄熱性能和力學性能。

多孔基；復合相變蓄熱材料；相變潛熱；熔融浸滲；黏結(jié)封裝

0 引 言

隨著“雙碳”戰(zhàn)略目標的提出，以風能、太陽能等新能源為主體的新型電力系統(tǒng)框架正在不斷成型[1]。2021年我國新能源裝機容量達到10.3億kW，其中水電、風電、太陽能發(fā)電分別同比增長了5.6%、16.6%、20.9%。然而，新能源發(fā)電的間歇性與波動性問題對能源的安全穩(wěn)定供應提出了巨大挑戰(zhàn)[2-3]。研究開發(fā)成熟高效的相變蓄熱技術，有助于實現(xiàn)快速消納新能源發(fā)電體量，提高新能源發(fā)電體系可靠性[4-6]。相變蓄熱材料作為儲能系統(tǒng)的重要組成單元，研究制備蓄熱性能優(yōu)異、蓄熱密度大的儲能材料[7-9]與國家目前的發(fā)展戰(zhàn)略目標相契合，有助于推動能源的高質(zhì)量發(fā)展[10-12]。

根據(jù)相變溫度，相變蓄熱材料分為低溫相變蓄熱材料（相變溫度< 200℃）和高溫相變蓄熱材料（相變溫度≥ 200℃）[13-14]。高溫相變蓄熱材料相關研究主要以熔融鹽、金屬以及合金為主[15-17]。其中，熔鹽在國內(nèi)外已經(jīng)開展了相關研究及工業(yè)應用，主要是采用熔融鹽收集太陽能輻射熱進行發(fā)電[18-20]。但目前制備的相變蓄熱材料在發(fā)生相變時產(chǎn)生的液相容易與盛裝容器發(fā)生反應并對容器造成腐蝕，因此對相變蓄熱材料的封裝工藝提出了要求[21-22]。此外，遇到的主要問題還有樣品抗壓強度不夠?qū)е聵悠烽_裂，進而造成相變材料（phase change material, PCM）泄漏，降低蓄熱性能[23-26]。

本文基于現(xiàn)有復合相變材料存在的不足，創(chuàng)新性地使用了一種復合材料——低熔點無機玻璃粉。低熔點玻璃粉是一種白色粉末狀、無味、無污染的非金屬無機化學材料，但使用過程要注意防止吸入肺部，避免損傷。其具有耐高溫、抗腐蝕、絕緣性能好、化學穩(wěn)定性強、硬度大等特點，被廣泛應用于涂料封裝、材料封接、電子燒結(jié)以及國防科技等領域。隨著科學技術的發(fā)展進步，低熔點玻璃粉的應用領域也得到了進一步的拓寬，逐漸開始應用于相變蓄熱材料方面的研究。此外，對于相變蓄熱材料封裝的嚴密性，研究采用了新型蜂窩多孔陶瓷基體、采用改進封裝劑、設計并優(yōu)化黏結(jié)封裝法燒結(jié)程序以及采取物理加封措施，制備多孔基?無機玻璃與多孔基?熔鹽復合相變材料，研究其復合材料的最佳工藝制備條件，采用掃描電鏡（scanning electron microscope, SEM）、X射線衍射（X-ray diffraction, XRD）、差示掃描量熱分析儀（differential scanning calorimetry, DSC）研究復合材料的熱物理性能及抗壓強度。

1 實驗部分

1.1 實驗方法

采用熔融浸滲法[27]和黏結(jié)封裝法[28]分別將相變材料以不同方式與多孔基體材料進行結(jié)合，然后將預制體送入井式高溫爐進行高溫煅燒，通過相應測算指標分析蓄熱材料的熱物理性能。圖1為熔融浸滲法與黏結(jié)封裝法的實驗材料制備流程圖。

圖1 實驗材料制備流程圖

1.1.1 熔融浸滲法

熔融浸滲法是將試樣切割成3 cm × 3 cm × 3 cm的方塊基體，用去離子水對基體進行沖洗，然后將基體裝入坩堝并置于真空干燥箱中干燥（干燥溫度120℃、干燥時間120 min），除去孔隙中的水分；待干燥完成后將試樣取出，將相變材料（低熔點玻璃粉D255）放入坩堝內(nèi)充分覆蓋基體，然后一同放入井式高溫電阻爐內(nèi)進行熔融浸滲過程，設定浸滲溫度和保溫時間，完成熔融浸滲程序。在浸滲溫度下取出樣本，于室溫下冷卻得到復合相變蓄熱材料。對實驗組的成品進行稱重，計算復合相變材料的浸滲率和相對密度。

1.1.2 黏結(jié)封裝法

黏結(jié)封裝法采用特定的黏結(jié)劑，將相變材料穩(wěn)定封裝在多孔蜂窩陶瓷基體中。用黏結(jié)劑將圓柱基體一面底部進行封涂，放入干燥箱中干燥（干燥溫度120℃、干燥時間120 min），除去孔隙中的水分，將足夠量的相變材料滴漏進入基體內(nèi)部，放入干燥箱中進行二次干燥，再用黏結(jié)劑將另一面底部封涂，放入干燥箱進行第三次干燥。干燥后將基體放入高溫電阻爐內(nèi)，開啟電阻爐進行煅燒，設定燒結(jié)溫度和保溫時間。完成程序后隨爐冷卻至室溫，取出試樣得到復合相變蓄熱材料。對實驗組的成品進行稱重，計算復合相變材料的質(zhì)量損失率，截取部分截面，測算分析復合相變材料的蓄熱性能。

1.2 實驗材料

對于熔融浸滲法，基于熔滲率的影響因素為陶瓷基體孔隙率、孔隙半徑和無機鹽對陶瓷基體的潤濕性，本文實驗材料選用洛陽耐火材料研究院生產(chǎn)開發(fā)的SiC-Si3N4多孔陶瓷基體材料。

對于黏結(jié)封裝法，表1列舉了幾種蜂窩陶瓷基體的理化性能指標。對比可得，疏松堇青石的密度較小，且抗熱震性能最好，能有效改善復合相變蓄熱材料的抗壓強度，抗酸強度較高表明其抗腐蝕性能優(yōu)越，有利于在電熱系統(tǒng)以及高溫煙氣等較為惡劣的工作環(huán)境下保持儲熱單元的穩(wěn)定性。因此，本文選取疏松堇青石材質(zhì)的蜂窩陶瓷基體作為黏結(jié)燒結(jié)法實驗制備新型復合相變蓄熱材料的基體材料，如圖2所示。同時，選取了白色Z型耐火膠泥為高溫黏結(jié)劑（工作溫度為1 600℃），低熔點玻璃粉D255與NaCl熔鹽為相變材料。玻璃粉D255的參數(shù)如表2所示。

圖2 實驗選用的幾種基體

表1 蜂窩陶瓷基體理化性能

表2 低熔點玻璃粉D255各項理化指標

1.3 蓄熱性能衡量標準

1.3.1 熔融浸滲率

熔融浸滲率是指低熔點玻璃粉在熔融浸滲過程中進入多孔基體的質(zhì)量占整個SiC-Si3N4/D255玻璃粉總體質(zhì)量的百分比，其計算公式[27]為：

1.3.2 質(zhì)量損失率

采用黏結(jié)封裝法進行樣品制備時，本文提出采用質(zhì)量損失率反映相變材料在復合相變材料制備過程中的揮發(fā)損失程度。質(zhì)量損失率是指在進行高溫煅燒過程之后，復合相變蓄熱體的質(zhì)量與煅燒前多孔基體/熔鹽總體質(zhì)量的百分比，其計算公式[28]為：

1.3.3 儲熱密度

對于復合相變蓄熱材料而言，由于蜂窩陶瓷基體與熔鹽在高溫燒結(jié)過程并沒有發(fā)生化學反應，進行的是純物理的吸放熱過程，因此蜂窩陶瓷基體/NaCl的單位質(zhì)量儲熱密度計算式[29]如下：

式中：為復合相變儲熱體單位質(zhì)量儲能密度，kJ/kg；ss為固體顯熱儲熱材料的比熱容，kJ/(K?kg)；ls為潛熱儲熱材料固態(tài)時的比熱容，kJ/(K?kg)；ll為潛熱儲熱材料液態(tài)時的比熱容，kJ/(K?kg)；0為室溫，K；s為指定終溫，K；sf為潛熱儲熱材料相變溫度，K。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔融浸滲法制備蓄熱體的表征分析

基于表2中玻璃粉D255的理化指標，其軟化溫度范圍較寬，暫時無法得出其準確的熔點，故以650 ～ 750℃為實驗溫度范圍，以50℃為溫度梯度設置三組實驗研究浸滲溫度對浸滲率和相對密度的影響，由于此時最佳浸滲時間暫未確定，可以設定浸滲時間稍長以使相變材料被多孔陶瓷基體充分吸收。但進行三組浸滲試驗后，在取出蓄熱體時相變材料均發(fā)生了迅速結(jié)晶，導致無法取出，因此浸滲溫度設定為850℃，浸滲時間為90 min，制得SiC-Si3N4多孔陶瓷基體/D255蓄熱體。然而根據(jù)公式（1），經(jīng)過稱重測算，蓄熱體的浸滲率均為40%左右，較熔鹽等相變材料的熔滲率（NaCl最高為79.37%）低，根據(jù)宏觀結(jié)構(gòu)觀察，低熔點玻璃粉主要覆蓋在基體表面并未熔滲進基體內(nèi)部。采取SEM觀察分析基體材料的內(nèi)部微納米尺度網(wǎng)絡與結(jié)構(gòu)特征（如圖3所示），可見白色塊狀物質(zhì)僅填充了部分孔道，而SiC-Si3N4多孔陶瓷基體大部分孔道并未被相變材料填充，從圖中SiC-Si3N4/D255復合相變蓄熱體在200倍率掃描電鏡下觀察得到的形貌可見，陶瓷基體間大部分孔道仍存在較大間隙，D255玻璃粉僅部分附著在孔隙間。圖4為SiC-Si3N4/D255復合相變蓄熱體的XRD分析圖，分析顯示樣品的主要物質(zhì)為54.7%的Si3N4與45.3%的SiC，進一步說明了低熔點玻璃粉在熔融狀態(tài)下并未能成功浸滲進入多孔基體。

圖3 SiC-Si3N4/D255復合相變蓄熱體SEM圖

圖4 SiC-Si3N4/D255復合相變蓄熱體XRD圖

經(jīng)實驗分析，采用熔融浸滲法進行相變蓄熱體制備時，關鍵因素為毛細管作用力，作用力的大小取決于相變材料的表面張力、基體的孔隙半徑以及潤濕角，在基體和相變材料確定的情況下，潤濕角和孔隙半徑確定，因此主要影響因素為表面張力。表面張力與液體質(zhì)點間的結(jié)合狀態(tài)（晶格中鍵的性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)）有關，金屬液體的表面張力最大，分子液體的表面張力最小，而離子液體的表面張力介乎其中。除此之外，表面張力還與晶格能有關，晶格能越大，表面張力的值越大，堿金屬氯化物與堿金屬氟化物相比，其特點是晶格能較小[30]。

本文采用的低熔點玻璃粉的主要成分為SiO2與Al2O3，酸性氧化物SiO2的加入將造成陰離子的結(jié)構(gòu)復雜化，這種體積變大了的陰離子團具有比較大的半徑和相對少的電荷，其與金屬陽離子的作用力較小，減小了對陽離子的靜電引力，為了降低體系的能量，絡合陰離子總是被排擠到熔體對面，從而使熔體表面張力降低。此外，經(jīng)查閱相關資料，在真空狀態(tài)下Al2O3的表面張力僅為0.9 N/m（NaCl的表面張力為10 N/m的數(shù)量級），Si3N4多孔陶瓷基體的平均孔徑為1 406.39 nm，假設熔體對多孔陶瓷基體的潤濕角為60°，根據(jù)毛細管作用力計算公式[20]可得，毛細管力僅為1.2 MPa，無法滿足自發(fā)熔滲的基本要求，以使熔體有效浸滲入多孔基體。

實驗研究過程發(fā)現(xiàn)，低熔點玻璃粉雖然沒有熔滲進入基體，卻在吸熱軟化后能夠較好地覆蓋在基體表面，改善了多孔基體的硬度條件。經(jīng)測算，基體的硬度性能提高了約15%。因此，綜上所述，對于采用低熔點玻璃粉作為主要相變傳熱介質(zhì)，以熔融浸滲法制備SiC-Si3N4多孔陶瓷基體/低熔點玻璃粉D255蓄熱體是否能夠推廣到實際應用仍需要進一步研究，但可以在制備相變復合蓄熱材料的過程中將玻璃粉作為改善多孔陶瓷基體硬度性能的添加劑，使其起到類似“保護膜”的作用。

2.2 黏結(jié)封裝法制備蓄熱體的表征分析

2.2.1 燒結(jié)溫度設定影響分析

為探究實驗最佳燒結(jié)溫度，同時防止升溫速率過高導致相變材料的吸熱加快，造成較大的熱膨脹力，從而導致泄漏加劇，本文分別對預制品在燒結(jié)溫度為800℃、850℃和900℃下進行燒結(jié)，以6.5℃/min的升溫速率進行高溫煅燒，隨爐冷卻后通過計算樣品的質(zhì)量損失率來研究燒結(jié)溫度對復合相變材料性能的影響。其中，燒結(jié)溫度為自變量，質(zhì)量損失率為因變量，在三個溫度條件下各設置兩組，標記為B1、B2、B3、B4、B5、B6，實驗結(jié)果如表3所示。圖5為B1～ B6六組樣品在不同設定溫度條件下進行重復煅燒后的失重曲線。

表3 燒結(jié)溫度對質(zhì)量損失率的影響

圖5 樣品煅燒失重曲線

由表3可知，隨著燒結(jié)溫度的升高，材料在煅燒后的質(zhì)量損失率也不斷增加，在燒結(jié)溫度為900℃時，樣品的質(zhì)量損失率最大，此時相變材料泄漏較多，對復合相變蓄熱材料的蓄熱性能影響最大；樣品在800℃的燒結(jié)條件下要比850℃與900℃的質(zhì)量損失率更低。圖5顯示了六組樣品在相應燒結(jié)溫度條件下進行重復煅燒的失重趨勢，從圖中可得在800℃的煅燒溫度條件下，樣品的質(zhì)量損失速率更低；此外，800℃也與相變材料的熔點（NaCl的熔點為801℃）較為接近，符合制備科學。因此，燒結(jié)溫度選取800℃進行煅燒較為合適，制得的復合相變蓄熱體性能也較為優(yōu)良。

2.2.2 基體孔徑影響分析

在蓄熱體進行充放熱過程中，不同蜂窩孔形狀通道的基體會對傳熱介質(zhì)的對流換熱過程產(chǎn)生影響，實驗采用三種不同孔徑的基體（三角孔、方孔、圓孔），各設置兩組樣品，標記為C1、C2、C3、C4、C5、C6，在蓄熱材料、溫度、時間相同的條件下進行高溫煅燒比較實驗，以熔鹽NaCl為單一相變材料，在設定燒結(jié)程序后放入電阻爐進行煅燒，隨爐冷卻后得到成品，對樣品質(zhì)量損失率進行計算，探究實驗最佳基體。實驗結(jié)果如表4所示。

實驗數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過高溫煅燒后，NaCl熔鹽在圓柱形三角孔中的質(zhì)量損失率要比另外兩種更低，認為這是受蜂窩孔形狀的穩(wěn)定性影響所導致。在三角孔、圓孔以及方孔三種形狀中，三角孔的三角形狀穩(wěn)定性最高，在裝入熔鹽后，其獨有的穩(wěn)定性會對相變材料起到固定作用，蓄熱材料在吸熱發(fā)生相變時，其通道形狀也不利于熔融狀態(tài)的相變材料揮發(fā)流動，從而降低了質(zhì)量損失。綜上比較，采用直徑50 mm、高50 mm的三角孔基體較為符合工程實際應用。

表4 不同孔徑基體對質(zhì)量損失率的影響

2.2.3 降低蓄熱體質(zhì)量損失的方法

在確定采用黏結(jié)封裝法制備多孔基?熔鹽復合相變蓄熱材料的最佳工藝后，如何降低質(zhì)量損失成了材料投入到實際應用中需要考慮的重要因素。經(jīng)過重復試驗，提出可從以下兩方面來降低相變材料質(zhì)量損失：（1）設定合適的升溫曲線，保證燒結(jié)程序的平穩(wěn)進行，本文設定6.5℃/min的升溫速率，在燒結(jié)至800℃之后保溫30 min，然后隨爐冷卻；（2）采用物理加封措施，降低質(zhì)量損失率。針對圓柱形三角孔的蜂窩基體，采購了一批直徑52 mm的陶瓷蓋，使用黏結(jié)劑封裝在蜂窩基體兩端進行高溫煅燒實驗，實驗結(jié)果表明，加裝陶瓷蓋能夠有效降低熔鹽的揮發(fā)損失，提高復合相變蓄熱材料的蓄熱性能與熱經(jīng)濟性，如圖6所示。

圖6 加裝陶瓷蓋的蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變體

2.3 相變蓄熱材料的性能分析

2.3.1 顯微結(jié)構(gòu)分析

采用掃描電鏡（FEIQ45，美國）雙30 mm探頭進行相變蓄熱材料的顯微結(jié)構(gòu)分析，得到蜂窩陶瓷基體/NaCl的SEM形貌如圖7所示，其中絨絮狀物質(zhì)為NaCl結(jié)晶鹽，白色斷面方塊部分為蜂窩陶瓷基體。

圖7 蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變蓄熱材料的SEM圖

圖7顯示，在經(jīng)過高溫煅燒后，蜂窩陶瓷基體的骨架結(jié)構(gòu)依然非常完整，熱膨脹程度較低，孔道結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，并未發(fā)生較大的形變。熔鹽在高溫燒結(jié)時吸熱產(chǎn)生相變，呈熔融狀態(tài)在蜂窩孔通道內(nèi)流動，在冷卻凝固后以固粒狀穩(wěn)定吸附在通道基體壁表面。同時，熔鹽在吸放熱過程中發(fā)生相變流動時并未穿透孔壁，說明熔鹽與基體具有良好的相容性，三角形的孔道形狀使復合相變蓄熱體在結(jié)構(gòu)上保持了穩(wěn)定性與完整性，這說明了蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變蓄熱材料在經(jīng)過高溫煅燒后保持著穩(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)。

2.3.2 成分分析

采用德國Bruker D8 advance XRD分析儀，在溫度(20±2)℃、相對濕度(50±5)%、電壓40 kV、電流40 mA、掃描范圍5° ～ 80°的測試條件下，對復合相變蓄熱材料進行了相關成分研究分析。圖8為封涂蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變蓄熱材料所采用的白色Z型黏結(jié)劑的XRD圖。結(jié)果顯示，白色Z型黏結(jié)劑的主要晶型物質(zhì)為K2Mn2(SO4)3、Al2(Si2O5)(OH)4、SiO2、Sb2O5?15H2O。圖9為蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變蓄熱材料XRD分析圖，由圖可知，復合相變蓄熱材料的主要晶型物質(zhì)為NaCl和Mg2Al4Si5O18。結(jié)合XRD圖譜分析，相變材料NaCl與蜂窩陶瓷基體材料在高溫燒結(jié)過程中并沒有發(fā)生化學反應，同時相變材料與黏結(jié)劑在高溫煅燒過程也沒有生成其他物質(zhì)，這說明相變材料與基體材料以及黏結(jié)封裝劑具有良好的化學穩(wěn)定性與相容性，因此這種制備新型復合相變蓄熱材料的方法是可行的。

圖8 白色Z型黏結(jié)劑的XRD圖

圖9 蓄熱材料的XRD圖

2.3.3 儲熱密度與抗壓強度

采用德國耐馳STA449F5熱分析儀，充入氬氣，設置溫度范圍為20 ～ 810℃，以10℃/min升溫速率進行升溫，升溫至600℃并保溫5 min，隨后繼續(xù)升溫，升溫至810℃后保溫5 min，得到相變材料NaCl檢測樣品的DSC曲線，如圖10所示。由圖可知，材料相變溫度為793℃，由于蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變蓄熱材料的主要相變過程由相變材料進行吸熱完成，因此該溫度為復合相變蓄熱材料的相變溫度，與NaCl結(jié)晶鹽熔點801℃相吻合。儲熱密度實測值為445.5 kJ/kg，復合相變蓄熱材料的儲熱密度值主要受孔道數(shù)量影響。在基體面積一定的情況下，孔道數(shù)量越多，能夠承載的熔鹽越多，含鹽量越高，相變潛熱值越大。但經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，并不建議將基體的熔鹽承載量提升到最大，因為這樣會導致熔鹽在吸熱相變時產(chǎn)生過大的熱膨脹力，進一步導致?lián)]發(fā)損失提高，因此在裝填NaCl時需要保證熔鹽與黏結(jié)封裝劑保有一段空間距離，實驗建議采用2 ～ 3 mm較為合適，保證蓄熱體具有較好的熱經(jīng)濟性和熱物理性。根據(jù)公式（3），復合相變蓄熱材料儲熱密度的計算值為474 kJ/kg，實測值為445.5 kJ/kg，儲能密度在傳熱溫差為100℃條件下達449.1 kJ/kg。

圖10 NaCl相變材料DSC圖

采用國標GB/T34218-2017的檢測方法，得到800℃下蜂窩陶瓷基體/NaCl蓄熱體的高溫抗壓強度為75.9 MPa。采用美國TA儀器TMAQ400熱膨脹分析儀，在800℃條件下，測得蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變蓄熱材料熱膨脹曲線圖（如圖11所示），材料熱膨脹系數(shù)為2.632 1′10?4K?1，這說明樣品具有良好的高溫抗壓強度和力學性能，能夠在高溫高負荷的強度條件下穩(wěn)定工作，有利于保持熱經(jīng)濟性。

圖11 蜂窩陶瓷基體/NaCl復合相變蓄熱材料熱膨脹曲線圖

3 結(jié) 論

（1）以SiC-Si3N4多孔陶瓷基體為載體、低熔點玻璃粉D255為相變材料，采用熔融浸滲法進行實驗，由于毛細管作用力較小，玻璃粉并未能夠充分熔滲進入基體完成復合相變過程，具體的工作機理有待后續(xù)進一步研究，但玻璃粉覆蓋在基體表面較好地改善了基體材料的硬度，可以在制備復合相變蓄熱材料的過程中將玻璃粉作為改善多孔陶瓷基體硬度性能的添加劑。

（2）在采用控制變量法和兩步法進行實驗后，以NaCl作為相變材料，采用加蓋圓柱形三角孔蜂窩陶瓷基體，設定6.5℃/min的升溫速率，燒結(jié)溫度為800℃，保溫30 min，燒結(jié)而成的復合相變蓄熱材料的質(zhì)量損失率最低，熱經(jīng)濟性較好。

（3）制備的蜂窩陶瓷基體/NaCl蓄熱體具有良好的熱物理性能及力學性能，儲能密度可達到449.1 kJ/kg，800℃條件下高溫抗壓強度達75.9 MPa。

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Experimental Study of Thermal Storage Properties of Porous-Based Inorganic Glass-Molten Salt Composite Phase Change Materials

LUO Pei, YU Jiu-zhou, SHEN Guo-qing, ZHANG Shi-ping, LI Jing-tao

(School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

Experiments were employed by using the porous substrate as base material, and inorganic glass powder and sodium chloride (NaCl) as phase change material, respectively, based on melt infiltration method and bonded encapsulation, to investigate the best preparation process for the thermal storage samples. The microstructure and phase composition characteristics of the composite phase change thermal storage sample were studied, the mass loss rate of the composite phase change thermal storage material was analyzed, and the thermal storage performance and high-temperature compressive strength of the thermal storage sample were examined. The experimental study showed that, the composite phase change thermal storage material was developed by using the method of bonded encapsulation, adopting sodium chloride as the phase change material and cylindrical triangular pore honeycomb ceramic matrix with covers as the carrier, setting a temperature increase rate of 6.5oC/min, sintering temperature to 800oC and holding time of 30 min. The heat storage density of the composite phase change thermal storage material was 445.5 kJ/kg, and the high-temperature compressive strength of the thermal storage body was 75.9 MPa at 800oC, which had good heat storage and mechanical properties.

porous matrix; composite phase change heat storage material; phase change latent heat; melt infiltration; bonding and packaging

2095-560X（2022）05-0410-09

TK512+.4；TB332

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.003

2022-07-07

2022-08-26

沈國清，E-mail：guoqingshen@ncepu.edu.cn

羅 沛（1995-），男，博士研究生，主要從事相變蓄熱材料研究。

沈國清（1980-），男，博士，副教授，主要從事基于聲學層析成像的復雜溫度場可視化、智能發(fā)電與智慧電廠建設、聲場作用下的流動、傳熱、燃燒與顆粒團聚、太陽能和煙氣余熱等低品位熱能利用的熱聲發(fā)電、相變蓄熱材料制備等方面的研究。