Композитна технологія зберігання тепла зі зміною фазидозволяє уникнути багатьох недоліків розумного накопичення тепла та методів зберігання тепла зі зміною фази шляхом поєднання обох методів. Останніми роками ця технологія стала гарячою точкою досліджень як усередині країни, так і за кордоном. Однак традиційні матеріали для каркасів, які використовуються в цій технології, зазвичай є природними мінералами або їх вторинними продуктами. Масштабний видобуток або переробка цих матеріалів може завдати шкоди місцевій екосистемі та спожити значну кількість викопної енергії. Щоб пом’якшити цей вплив на навколишнє середовище, тверді відходи можна використовувати для виробництва композитних матеріалів для зберігання тепла зі зміною фази.
Карбідний шлак, промислові тверді відходи, що утворюються під час виробництва ацетилену та полівінілхлориду, перевищує 50 мільйонів тонн на рік у Китаї. Поточне застосування карбідного шлаку в цементній промисловості досягло насичення, що призвело до великомасштабного накопичення на відкритому повітрі, захоронення та скидання в океан, що завдає серйозної шкоди місцевій екосистемі. Існує нагальна потреба в дослідженні нових методів використання ресурсів.
Щоб вирішити проблему великомасштабного споживання промислових відходів карбідного шлаку та підготувати низьковуглецеві недорогі композиційні теплоакумулюючі матеріали зі зміною фази, дослідники з Пекінського університету будівництва та архітектури запропонували використовувати карбідний шлак як матеріал каркаса. Вони застосували метод холодного пресування, щоб підготувати Na₂CO₃/карбідний шлак композиційних матеріалів для накопичення тепла зі зміною фази, дотримуючись етапів, показаних на малюнку. Було підготовлено сім зразків композиційного фазового матеріалу з різними співвідношеннями (NC5-NC7). Враховуючи загальну деформацію, поверхневий витік розплавленої солі та щільність накопичення тепла, хоча щільність накопичення тепла зразка NC4 була найвищою серед трьох композитних матеріалів, він продемонстрував незначну деформацію та витік. Таким чином, було визначено, що зразок NC5 має оптимальне масове співвідношення для композитного теплоакумулюючого матеріалу зі зміною фази. Згодом команда проаналізувала макроскопічну морфологію, продуктивність накопичення тепла, механічні властивості, мікроскопічну морфологію, циклічну стабільність і сумісність компонентів композитного теплоакумулюючого матеріалу зі зміною фази, зробивши такі висновки:
01Сумісність між карбідним шлаком і Na₂CO₃ є хорошою, що дозволяє карбідному шлаку замінити традиційні природні матеріали каркасу при синтезі Na₂CO₃/карбідного шлаку композиційних матеріалів зі зміною фази тепла. Це сприяє широкомасштабній переробці ресурсів карбідного шлаку та досягає низьковуглецевого та недорогого приготування композиційних матеріалів для накопичення тепла зі зміною фази.
02Композитний теплоакумуляційний матеріал із зміною фази з відмінними характеристиками можна приготувати з масовою часткою 52,5% карбідного шлаку та 47,5% матеріалу з фазовою зміною (Na₂CO3). Матеріал не деформується та не протікає, має щільність накопичення тепла до 993 Дж/г в діапазоні температур 100-900°C, міцність на стиск 22,02 МПа та теплопровідність 0,62 Вт/(м•К). ). Після 100 циклів нагрівання/охолодження продуктивність накопичення тепла зразка NC5 залишалася стабільною.
03Товщина шару плівки фазоперехідного матеріалу між частинками каркасу визначає силу взаємодії між частинками матеріалу каркаса та міцність на стиск композитного матеріалу фазоперехідного теплоакумулятора. Композитний фазоперехідний теплоакумулюючий матеріал, виготовлений з оптимальною масовою часткою фазоперемінного матеріалу, демонструє найкращі механічні властивості.
04Теплопровідність частинок каркасного матеріалу є основним фактором, що впливає на ефективність теплопередачі композитних теплоакумулюючих матеріалів зі зміною фази. Інфільтрація та адсорбція матеріалів з фазовою зміною в пористій структурі частинок матеріалу каркасу покращує теплопровідність частинок матеріалу каркасу, тим самим підвищуючи ефективність теплопередачі композитного матеріалу для зберігання тепла з фазовою зміною.
Час публікації: 12 серпня 2024 р