膨胀石墨/多壁碳纳米管基共晶盐复合相变材料的制备及热特性北大核心CSCD

单一水合盐作为相变蓄热材料使用时常常由于过冷、相分离、易泄漏以及其相变温度而受到限制,因此迫切需要制备出一种储热密度高、相变温度适宜、热导率大的复合相变材料。本工作采用熔融共混法在NH_(4)Al(SO_(4))_(2)·12H_(2)O(AASD)中掺入不同质量分数的MgSO_(4)·7H_(2)O(MSH),成功制备了AASD-MSH共晶盐相变材料,其质量比为55∶45,相变温度为76.4℃,相变潜热为189.4 J/g。共晶盐的X射线衍射图谱和傅里叶红外光谱表明其为物理混合。引入质量分数1%成核剂CaCl_(2)·2H_(2)O及1%增稠剂可溶性淀粉降低共晶盐过冷度,过冷度从34.9℃降低至28.0℃。引入改性膨胀石墨(MEG)与多壁碳纳米管(MWCNTs)制备复合相变材料,改善共晶盐易泄漏及热导率低等问题,当MWCNTs质量分数为0.5%时,复合相变材料的热导率高达8.185 W/(m·K),为共晶盐的19.98倍,其中共晶盐占比为75.6%,相变温度为74.3℃,相变焓值为133.5 J/g,过冷度进一步降低至22.2℃。热重实验表明与MEG-MWCNTs的复合增加了共晶盐的热稳定性,且经过100次冷热循环后复合相变材料的相变焓值基本不变,具有良好的循环稳定性。本工作制备得到的AASD-MSH/MEG-MWCNTs复合相变材料是一种相变温度适合、相变焓值较高、热导率较大的相变材料,且具有良好的热循环稳定性,应用潜力极大。     

相变储冷凝胶的制备与应用北大核心CSCD

以Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O(disodium hydrogen phosphate dodecahydrate,DHPD)和Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O(sodium carbonate decahydrate,SCD)在质量比6∶4的条件下熔融共混形成共晶水合盐(eutectic hydrated salt,EHS),利用十水焦磷酸钠、硫酸铵和尿素分别降低其过冷度和相变温度,最后加入四种不同目数(30~60目、60~100目、120~180目和200~400目)的高吸水性树脂(superabsorbent polymer,SAP)来锚定上述体系在其三维网络空间结构中,获得了四种不同体系的相变储冷凝胶。其中,DSSNU-SAP_(200~400)相比于其他储冷凝胶具有最佳的相变性能。其相变温度为2.7℃,相变潜热为137.7 J/g,过冷度为1.9℃,导热系数为0.435 W/(m·K)。本文对其微观形态、晶体组成以及接触角进行了表征,充分验证了体系内各组分之间的化学兼容性,阐述了硫酸铵、尿素和SAP对EHS性能的调控机理。应用实验结果表明,以DSSNU-SAP_(200~400)为核心研制的储冷模块能够使葡萄在49 h内保持超高新鲜度,充分证明了其在冷链运输中的应用潜力。本研究有助于推动水合盐在储冷领域的应用,为相变储冷凝胶技术的研发提供理论基础和实验依据。     

热适应复合相变材料的制备与热性能

根据电子器件散热技术领域对热适应复合材料的性能要求,选取导热系数高且密度低的膨胀石墨作为无机支撑材料,石蜡作为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的热适应复合相变材料.采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk热常数分析仪等多种测试技术,对复合相变材料进行分析研究;通过储/放热实验和1000次热循环实验研究了复合相变材料的传热性能和热稳定性.实验结果说明该复合相变材料具有形状稳定、导热率高、储热密度大等特点,并具有良好的热稳定性和使用寿命.     

赤藓糖醇基相变复合纤维制备及热性能CSCD

开发了相变温度为98.63℃的赤藓糖醇/硫脲共晶混合物,采用静电纺丝法制备赤藓糖醇、赤藓糖醇/硫脲和赤藓糖醇/木糖醇与聚乙烯醇的相变复合纤维,研究了石墨烯作为导热增强材料对复合材料形貌及热性能的影响。研究结果显示,复合材料各物质之间是物理结合,为表面光滑的圆柱状,直径为0.95~1.12μm,并随石墨烯含量的增加而减小。3种复合材料相变焓分别为241.6 J/g、191.4 J/g和192.7 J/g。10次热循环后复合纤维仍能保持良好的形貌,焓值损失率分别为1.2%、0.5%和0.5%;添加10%(质量分数)石墨烯后导热系数分别提高了258%、312%和260%。研究结果表明,赤藓糖醇及其共晶相变复合材料不仅具有很好的化学和形貌稳定性,还表现出优异的热性能,在120~80℃储能领域中有着巨大的应用前景。     

基于LBM的多孔介质无机复合相变材料储能特性北大核心CSCD

为了研究骨架形貌对无机复合相变材料(CPCM)相变储能特性的影响,基于格子玻尔兹曼方法,采用四参数随机生长法(QSGS)构造多孔介质骨架,建立随机分布的多孔介质CPCM相变模型,在此基础上,探究孔隙度(ε)、固相生长核分布概率(P_(c))、方向生长概率(P_(d))、瑞利数(Ra)对CPCM相变储能特性的影响。结果表明,ε越小,CPCM熔化时间越短,ε为0.70时的完全熔化时间相较于ε为0.90时缩短了23.63%。在相同ε(0.90)下,P_(c)增大或P_(d)减小,都有助于提高CPCM的熔化速度。Ra越大,自然对流强度越大,CPCM所需熔化时间越短,Ra为18000时CPCM所需熔化时间相较于Ra为1000时缩短了41.46%。本工作为研究多孔介质无机CPCM储能特性提供理论依据和参考。     

含碳二元系相变储热材料储热性能分析选择北大核心CSCD

相变储热技术与聚光太阳能发电技术相结合可以提高太阳能的利用率,减缓化石燃料燃烧带来的环境压力。本文通过分析相变储热材料的选择标准,对筛选出具有研究价值的含碳二元系相变储热材料的性能特别是热物理性能进行分析。研究发现,硅、硼、铝、铬、铁单质材料与碳元素形成的二元化合物或固溶体具有较高的熔点,形成的含碳二元系相变储热材料在高温相变储热领域应用前景广阔。在含碳二元系相变储热材料中,Fe-C二元合金可满足高温相变储热系统1100~1500℃的相变储热要求,当合金为含碳4.3%的Fe-C共晶成分时,Fe-C二元合金的相变潜热理论值为611 kJ/kg,热导率约为(40±16)W/(m·K),相变温度为1148℃,具有相对其他合金成分更为优异的综合储热性能可用于聚光太阳能热发电系统储热。     

多孔基无机玻璃-熔盐复合相变材料蓄热性能的实验研究

基于熔融浸渗法和黏结封装法,以多孔基作为基体材料,分别采用无机玻璃粉与熔盐作为相变材料开展实验,探究储热样本的最佳制备工艺流程。考察了复合相变蓄热体的显微结构及物相组成特征,分析了复合相变蓄热材料的质量损失率,并对蓄热体进行蓄热性能分析及高温抗压强度测试。实验结果表明,采用黏结封装法,以氯化钠作为相变材料,加盖圆柱形三角孔蜂窝陶瓷基体作为载体,设定6.5℃/min的升温速率,烧结温度至800℃,保温30 min,可制备蓄热性能较为优异的复合相变蓄热材料。复合相变蓄热材料的蓄热密度为445.5 kJ/kg,该蓄热体在800℃条件下高温抗压强度达到75.9 MPa,具有良好的蓄热性能和力学性能。     

十水硫酸钠/膨胀蛭石薄膜复合相变材料的制备及性能分析北大核心CSCD

利用膨胀蛭石(EV)丰富的孔隙结构,采取真空吸附法和薄膜真空封装技术制备了一种十水硫酸钠/膨胀蛭石薄膜复合相变材料(简称薄膜相变材料)。用扫描电子显微技术(SEM)、X射线衍射技术(XRD)、自制温度参比相变潜热测试箱等表征测试手段,分析了薄膜相变材料的过冷和相分离等问题。结果表明,十水硫酸钠中掺入50%EV时,EV内部孔隙负载力达到饱和;在EV和硼砂共同作用下,经步冷曲线测得薄膜相变材料的过冷度为0.5℃;经薄膜真空封装后,十水硫酸钠均匀负载于EV层状结构内部,50%EV掺量的薄膜相变材料相变潜热在105 J/g以上,经300次相变循环后材料相变潜热趋于稳定,在500次相变循环后材料相变潜热保持在90 J/g以上,潜热留存率83.45%,循环性能优于常压封装下同种材料。薄膜真空封装技术获得膨胀蛭石对十水硫酸钠的良好负载效果,相变材料能够有效抑制十水硫酸钠的过冷和相分离等问题,具有较高的相变循环寿命。     

混杂三维网状石墨烯相变复合材料的制备与热性能分析CSCD

将氧化石墨烯和石墨烯纳米片通过水热法制备成混杂三维网状石墨烯。以棕榈酸作为相变材料,通过真空浸渍法,棕榈酸与混杂三维网状石墨烯复合得到混杂三维网状石墨烯相变复合材料。系统研究石墨烯纳米片的种类与掺量对相变复合材料热性能的影响,并对混杂三维网状石墨烯的导热增强机理进行分析。研究结果表明:随着石墨烯纳米片掺量的增加,相变复合材料的热导率提高。石墨烯纳米片的种类影响相变复合材料的热性能。掺加M系列石墨烯纳米片的混杂三维网状石墨烯能够显著提高相变材料热导率,但相变潜热与相变温度变化较小。当石墨烯纳米片的掺量为8%时,掺加M系列石墨烯纳米片的相变复合材料的热导率为0.634W/(m·K),与棕榈酸相比,热导率增大3.2倍。     

MgO陶瓷基复合相变蓄热材料的制备和性能研究

利用熔融盐相变材料的高潜热和MgO陶瓷基体材料的耐高温和耐腐蚀等特性制备复合相变蓄热材料,同时为了提高蓄热材料的致密度,选用Bi2O3为粘结剂。采用阿基米德法得到相变蓄热材料的致密度,从而确定较理想的成型压力(表压)和成型时间分别为6 MPa和15 min,且通过XRD,TG-DTA,SEM和EDS检测分析,对MgO陶瓷基复合相变蓄热材料的性能进行初步研究。     

Na_(2)CO_(3)/电石渣复合相变储热材料制备与性能北大核心CSCD

为循环利用工业固体废弃物,降低储热系统成本,以工业固废电石渣替代传统骨架材料,采用冷压烧结法创新制备7种不同配比的Na_(2)CO_(3)/电石渣复合相变储热材料,利用差示扫描量热法、恒速增压法、电子显微法、高温热冲击法、X射线衍射法、红外吸收光谱法等方法研究其储热性能、力学性能、微观结构、热循环稳定性和化学兼容性。结果表明,电石渣与碳酸钠结合可形成性能优异的复合相变储热材料;电石渣与碳酸钠质量比为52.5∶47.5时制备的复合相变储热材料(NC5)综合性能最佳,储热密度在100~900℃内达到993 J/g,抗压强度达到22.02 MPa,最高导热系数为0.62 W/(m·K);样品NC5中不同组分均匀分布,组分间具有良好的兼容性;样品NC5经100次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能,可为固废资源化利用和低成本储热材料研发提供技术支持。     

Sc/O掺杂硫化物固态电解质的制备及全固态电池性能北大核心CSCD

近年来,硫化物固态电解质凭借其高安全性、高离子电导率、较宽电化学窗口等诸多优点受到了人们的广泛关注。掺杂改性被认为是一种提高硫化物固态电解质电化学性能的有效方法。鉴于稀土元素具有独特的电子结构与功能特性,掺杂稀土元素已成为提升固态电解质的离子导电性和降低晶界阻抗的有效策略之一。本工作使用稀土元素化合物氧化钪(Sc_(2)O_(3))作为掺杂剂合成了一系列改性后的硫化物固态电解质。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜以及色散能谱(EDS)等表征手段证明了Sc_(2)O_(3)的成功掺杂。通过使用交流阻抗法测试了其电导率,结果表明当Sc_(2)O_(3)的掺杂量为x=0.04时,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl硫化物固态电解质显示出较高的离子电导率,可以达到3.17×10^(-3)S/cm。用Sc_(2)O_(3)掺杂量为x=0.04的硫化物固态电解质Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl组装锂-锂对称电池显示出0.95 mA/cm^(2)的高临界电流密度(CCD)和在0.1 mA/cm电流密度下超过300 h的稳定锂-锂对称电池循环过程。Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl基全固态电池显示出了249.03 mAh/g和191.2 mAh/g的首圈充放电比容量以及76.78%的首圈充放电效率,循环950圈后仍能保持123 mAh/g的放电比容量。即使在空气中暴露90 min后,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl电解质仍能表现出较好的晶形结构和良好的全固态电池循环性能。本工作为提高Li6PS5Cl型硫化物固态电解质的电化学性能提供了新的思路。     

钴掺杂二氧化铈基层状复合固态电解质的制备及其性能北大核心CSCD

开发具有高离子传导率和高力学性能的薄型固态电解质对于制备高性能全固态锂金属电池非常重要。本工作首先制备了钴掺杂的二氧化铈(Co^(2+)@CeO_(2))纳米片,后将其与聚氧化乙烯(PEO)混合通过真空抽滤制得厚度仅为32μm的Co^(2+)@CeO_(2)层状复合固态电解质(L-CSE)。富含氧空位的Co^(2+)@CeO_(2)纳米片在提高离子电导率和力学性能方面发挥了重要作用,同时PEO作为黏结剂确保了电解质与电极之间的紧密接触并且增强了其柔韧性。通过改变Co的掺杂量调控纳米片上氧空位含量,重点探究了氧空位含量对Li^(+)传递特性的影响,并对L-CSE的结构组成、力学性能和电化学性能进行了系统研究。结果表明:通过调控Co的掺杂量能够准确控制纳米片上氧空位的含量,且0.33Co^(2+)@CeO_(2)纳米片表面的氧空位含量最多。所制备的L-CSE具有良好的力学性能(弹性模量达到1.147 GPa);30℃下,L-CSE的离子传导率达到5.81×10^(-5) S/cm;60℃下Li^(+)迁移数达到0.59。同时由于电解质与锂负极间具有较好的界面稳定性,在0.7 mA/cm^(2)的高电流密度下,组装的锂对称电池能稳定运行40 h。此外,所组装的磷酸铁锂(LFP)/L-CSE/Li固态电池也表现出良好的循环稳定性和倍率性能,在60℃、0.5 C下,能够稳定循环200次,容量保持率为83.6%;在2 C放电倍率下,放电比容量能达到120.7 mAh/g。     

高阻燃硫正极的制备及其性能北大核心CSCD

本工作系统研究了锂硫电池硫正极中添加不同含量的六氯环三磷腈对硫正极阻燃性能和电化学性能的影响。通过燃烧实验,发现六氯环三磷腈的加入可使硫正极表现出优异的阻燃性能。此外,通过借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术和电化学性能测试等手段,对比了添加和未添加六氯环三磷腈硫正极循环前后的表面形貌、组成成分和电化学性能。结果表明,当六氯环三磷腈添加量为10%时,硫正极表现出最优的循环性能和库仑效率。在0.2 C电流密度下,硫正极中添加量为10%六氯环三磷腈的锂硫电池在100次循环后放电比容量仍保持在975.2 mAh/g,明显优于硫正极中未添加六氯环三磷腈的锂硫电池。而且,添加六氯环三磷腈的硫正极材料分散均匀,即使循环100次后,也未出现明显的裂纹,阻抗也未明显增加。此外,通过六氯环三磷腈和多硫化锂的反应实验,发现六氯环三磷腈的存在有助于锚定充放电中间产物多硫化锂,进而抑制多硫化锂的穿梭,提升锂硫电池的电化学性能,这为提高阻燃锂硫正极材料的电化学性能提供了新的思路。     

Cu-NiCoP微球的制备及其超级电容性能北大核心CSCD

过渡金属磷化物(TMPs)由于良好的导电性和高比容量,是有前景的超级电容器电极材料。本研究通过溶剂热和磷化反应制备了Cu-NiCoP微球,探究了Cu掺杂量对NiCoP的电化学性能影响。研究表明Cu掺杂量为5%时,材料的电化学性能相对最好,比电容达到1500 F/g(1 A/g的电流密度下),远高于未掺Cu的NiCoP微球(1025 F/g)。将5%Cu-NiCoP和活性炭分别作为正极和负极,组装成非对称超级电容器(ASC)。组装的ASC器件具有良好的循环寿命稳定性,在2 A/g电流密度下循环9200次后,容量保持率为76%。该ASC器件具有较好的倍率性能,在功率密度为750 W/kg时,具有84 Wh/kg的高能量密度。因此,本工作证明了Cu的掺杂可以有效改善NiCoP电极的电化学性能,也探索了Cu-NiCoP作为正极材料在超级电容器储能中的潜力。     

碳还原法制备棒状硅基材料及其在锂浆料电池中的应用北大核心CSCD

以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为结构导向剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,柠檬酸为碳源,采用水热法得到凝胶状二氧化硅/碳前驱体,采用旋转蒸发方式去除溶剂,通过高温热处理,得到棒状硅氧基碳负极活性材料,提高浆料体系无紧密束缚环境下硅碳材料的性能。借助X射线衍射(XRD)仪、无机元素分析(EA)仪、比表面积及孔隙度分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对棒状硅基材料进行结构和形貌表征。结果表明,合成的棒状硅基材料首尾相连,形成莲藕链束,长度约为1~3μm,直径约为200 nm,孔径为6.9 nm,比表面积为282 m^(2)/g。与管长>5μm,比表面积900 m^(2)/g,直径1~2 nm的单壁碳纳米管导电剂在电解液体系中形成长程、短程互补的多级网络,加上大量介孔的存在,有利于保持浆料悬浮稳定性。用世伟洛克电池进行电化学性能测试,电化学测试结果表明首次放电比容量为1300 mAh/g,充电比容量为726 mAh/g,首效为55.8%,在0.05 C下,循环50次充电比容量从726 mAh/g变为557 mAh/g,比容量保持率为76.7%。本工作在用P123为结构导向剂制备二氧化硅的过程中,引入碳源,得到同时具有碳包覆和碳还原二氧化硅的硅基材料,避免使用镁热还原二氧化硅,再碳包覆带来的复杂工艺流程。     

矿物基硫酸镁热化学吸附材料的制备与性能评价北大核心CSCD

本工作以凹凸棒土、硅藻土和膨胀蛭石三种矿物材料为载体,采用等体积浸渍法制备了矿物基硫酸镁热化学吸附材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积与孔结构测试表征了矿物载体与矿物基硫酸镁复合材料的微观结构,并基于热失重(TG)、动态水蒸气吸附(DVS)和差示扫描量热(DSC)测试对复合材料的吸附/脱附动力学性能和储热性能进行了评价。研究发现,硅藻土的圆盘形微观结构有利于复合材料获得更快的脱附/吸附反应速率和更高的储热能力,其脱附反应热可达557.1 kJ/kg。此外,环境温度25℃、相对湿度85%为矿物基硫酸镁复合材料的最佳吸附反应条件。     

碳捕捉对电石渣-钢渣复合相变储热材料性能的影响

为资源化利用工业固废,降低储热系统成本,选取电石渣和钢渣1∶1混合进行CO₂捕集和封存,将封存CO₂的电石渣-钢渣混合材料作为骨架材料制备7种不同配比的NaNO₃/固碳电石渣-钢渣复合相变储热材料。通过热重分析法探究电石渣-钢渣混合材料的固碳性能,利用差示扫描量热法、高温热冲击法、X射线衍射法、电子显微法表征其储热性能、热循环稳定性、化学相容性和微观结构。结果表明,电石渣-钢渣混合材料的固碳率为24.48%;最佳热性能样品CC-SC4中NaNO₃、电石渣和钢渣的质量比为2∶1∶1,100～400℃工作温度内储热密度达到444.2 J/g,热导率为1.057 W/(m·K),各组分间具有良好的化学相容性;样品CC-SC4经历1440次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能。