Na2SO4/SIO2复合相变储能材料性能研究

刘良珍

（泉州工艺美术职业学院，德化362500）

Na2SO4/SIO2复合相变储能材料性能研究

刘良珍

（泉州工艺美术职业学院，德化362500）

以SiO2为陶瓷基体材料、Na2SO4为相变储能材料，同时加入陶瓷造孔剂，经造粒、成型、干燥、烧结制得样品。通过利用DSC、XRD、SEM、TG等一些分析手段研究了该储能材料的性能。结果表明，NaSO4/SiO2陶瓷基复合相变储能材料具备良好的微观结构、热稳定性、热循环利用及外形稳定性。是一种能被广泛应用的储能材料。

相变储能材料；SiO2；Na2SO4；陶瓷造孔剂；性能

1 前言

随着人们环保意识的加强，国家对环保问题的重视，环保材料研究的重要性越来越大。相变储能材料在制造清洁能源、循环利用能源、减少能源浪费等方面能够发挥其优势，是值得研究的一种环保材料。近年来，国内外有很多人研究了相变储能材料的制备和应用。与其它材料比较，它具有明显的优越性，可以在比较高的温度下使用、保温性能好、密度小、可保持外形的稳定、循环利用率高、解决液体泄漏等问题。此外，它还具备大的储热能力和比较好的机械性能，保证了应用的可行性。

本材料区别于其它的陶瓷基复合相变储能材料，在材料中成功地引入了陶瓷造孔剂，改善了该复合材料的微孔结构，降低了它的导热系数，从而提高了保温性能，同时还提高了相变材料的含量，从而提高了单位质量的相变潜热值，增加了相变储能能力。

2 实验

1.1 Na2SO4/SIO2复合相变储能材料的制备

以SiO2为基体材料，Na2SO4为相变材料，陶瓷造孔剂为直径大约5 um的微粉，造孔剂微粉大约在300～400℃即可排出。制备工艺流程：（1）准备原料：原料粉碎并过250目筛，筛余量不超过0.5%，达到所需要的细度。（2）配制原料：将 SiO2：Na2SO4：陶瓷造孔剂按 40：60：10的比例配比。（3）造粒：均匀混合配好的原料，加入3%的羧甲基纤维素钠进行造粒。（4）干压成型：设定最高压力为70 MPa，且缓慢匀速加压，并保压1 min。（5）干燥，设定最高温度为110℃，干燥时间为3.5 h，并且达到恒重。（6）烧结：升温速率为4℃/min，最高烧成温度为1000℃。

2.2 性能测试

分别对Na2SO4/SiO2复合相变储能材料样品在不同的冷热循环次数中进行测试和表征。（1）采用德国耐驰公司的示差扫描量热仪DSC进行测试样品的相变潜热。（2）采用XRD图谱分析表征测试样品的晶相。（3）采用扫描电镜（SEM）图片表征测试样品的微观结构。（4）采用热重分析仪（TG）表征样品的热稳定性。（5）通过肉眼观察样品的外部尺寸来表征外形稳定性。

3 结果与讨论

3.1 Na2SO4/SIO2复合相变储能材料的相变潜热

作为一种良好的复合相变储能材料必须具备比较高的相变潜热，并且在反复使用的过程中不易老化。图1的测试结果表征了Na2SO4/SiO2复合相变储能材料有比较高的相变潜热，符合储能材料的要求，具备研究的价值。表1为经历不同的冷热循环（20～1000℃）次数得到不同的相变潜热。从表1中可以看出Na2SO4/SiO2复合相变储能材料在80次的冷热循环中，其相变潜热变化很小，热循环利用率高，从而保证了它的使用寿命。

表1经历不同冷热循环复合相变材料相变潜热

图1 经历20次冷热循环复合相变材料相变潜热

3.2 Na2SO4/SIO2复合相变储能材料的XBD分析

对被测试样进行不同次数的冷热循环（20～1000℃）后，得到图2的XRD图谱，从图中可以看出Na2SO4、SiO2晶相没有发生变化，含量也几乎不变。保证了相变材料的储能能力和复合材料的使用寿命。

图2 进行20次、40次、60次冷热循环后XRD图谱

3.3 Na2SO4/SIO2复合相变储能材料的微观结构

通过图3可以看出：（1）加入陶瓷造孔剂后形成了比较均匀的微孔结构。（2）Na2SO4、SiO2没有产生相分离，Na2SO4被SiO2所包裹，并且很紧密的结合在一起。形成的微孔结构可以装满Na2SO4的液体，提高储能材料Na2SO4的单位含量，从而提高复合储能材料的储能能力，同时由于有微孔的存在，导致复合储能材料的导热系数降低，密度减小，提高了该材料的保温性能，并且减少了它的重量，为使用提供了方便。

图3 加入陶瓷造孔剂的SEM图片

3.4 Na2SO4/SIO2复合相变储能材料的热稳定性

复合相变储能材料在反复的冷热循环使用中，相变材料Na2SO4的质量要保持稳定，才能保证相变潜热不变。表2表征在经历不同的热循环次数，复合相变储能材料重量的变化。从表中可以看出经历了80次的热循环，失重率仅为1.1%，并且在后面的热循环中几乎不发生变化。产生的原因是SiO2基体材料、陶瓷造孔剂在烧结后，能形成微孔结构，微孔中的毛细管力阻碍相变材料Na2SO4在熔融状态下的外流。这样既保证了相变材料Na2SO4质量的稳定性，又提高了相变材料在复合材料中的含量，从而提高相变潜热。

表2复合相变材料经历不同冷热循环的重量

3.5 Na2SO4/SIO2复合相变储能材料的外形稳定性

复合储能材料在反复冷热循环中，保持外形的稳定很重要，因为在使用过程中如果变形，会造成设备的堵塞，影响储能材料的应用。从图4中可以看出Na2SO4/SiO2复合相变储能材料在外形上保持稳定，没有发生变形，不影响使用性能。

4 结论

图4 复合相变材料经历不同冷热循环的外形图

（1）经历80次的冷热循环，Na2SO4/SiO2复合相变储能材料的相变潜热值只损失1.6%，并且经历了20次冷热循环时，用示差扫描量热仪（DSC）测试的相变潜热为77.61 J/g。

（2）经历多次的冷热循环，采用XRD图谱分析发现，Na2SO4/SiO2复合相变储能材料的晶相无变化，并且含量几乎也不变。

（3）由于加入陶瓷造孔剂，扫描电镜（SEM）图片显示Na2SO4/SiO2复合相变储能材料形成均匀的微孔结构，并且Na2SO4被SiO2所包裹，无相分离现象。

（4）经历多次的冷热循环，热重分析仪（TG）测试的结果显示Na2SO4/SiO2复合相变储能材料的失重率仅为1.1%，有很好的热稳定性。

（5）经历多次的冷热循环，Na2SO4/SiO2复合相变储能材料的外形保持稳定。

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Study on Properties ofNa2SO4/SIO2Composite Phase Change Energe Storage Material

LIU Liang-zhen
(Quanzhou Arts and Crafts Career Academy,Dehua,362500)

Phase change energy storage material has been prepared using SiO2as the ceramic matrix material,Na2SO4as phase change material,with the addition of pore-forming agent.Samples were obtained by granulation,molding,drying and sintering.The performances of the energy storage materials were investigated by DSC,XRD,SEM and TG.The results show that the NaSO4/SiO2ceramic matrix composite phase change energy storage material has good microstructure,thermal stability,thermal recycling and shape stability.It is a kind of energy storage material that can be widely used.

Phase change energy storage material;SiO2;Na2SO4;Ceramic pore forming agent;Performance

刘良珍，（女）学位：硕士 职称：高校讲师

项目来源：福建省教育厅科技项目，项目编号：JA14433