中國報告大廳網(wǎng)訊，隨著全球?qū)沙掷m(xù)能源和高效儲能技術(shù)的需求不斷增加，硝酸鉀作為一種重要的相變儲熱材料，在能源存儲領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。特別是在復(fù)合相變儲熱材料的開發(fā)中，硝酸鉀的應(yīng)用顯著提升了材料的儲熱性能和熱穩(wěn)定性。本文將探討硝酸鉀在復(fù)合相變儲熱材料中的應(yīng)用及其性能優(yōu)化。

  一、硝酸鉀在復(fù)合相變儲熱材料中的應(yīng)用背景

  《2025-2030年中國硝酸鉀行業(yè)市場調(diào)查研究及投資前景分析報告》指出，硝酸鉀作為一種常見的無機鹽，因其熔點低、潛熱高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，被廣泛應(yīng)用于相變儲熱材料中。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，非化石能源的高效利用和儲能技術(shù)的發(fā)展成為關(guān)鍵方向。儲熱技術(shù)因其成本低、能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模長時儲能的優(yōu)勢，成為當(dāng)前儲能技術(shù)的重要發(fā)展方向。硝酸鉀在復(fù)合相變儲熱材料中的應(yīng)用，不僅能夠提高材料的儲熱密度，還能有效解決傳統(tǒng)儲熱材料導(dǎo)熱系數(shù)低的問題。

  二、硝酸鉀復(fù)合相變儲熱材料的制備與性能優(yōu)化

  (一)原材料與配方設(shè)計

  實驗采用污泥焚燒灰渣作為骨架材料，硝酸鉀作為相變材料，通過添加不同的導(dǎo)熱增強劑(碳化硅、氮化硼、膨脹石墨)來優(yōu)化復(fù)合相變儲熱材料的導(dǎo)熱性能。實驗制備了15種不同配比的復(fù)合相變儲熱材料，具體配比見表1。

  (二)制備方法

  實驗通過冷壓燒結(jié)法制備污泥焚燒灰渣/硝酸鉀復(fù)合相變儲熱材料。具體步驟包括：將污泥焚燒灰渣、硝酸鉀和導(dǎo)熱增強劑在180°C下干燥24小時以上;按照預(yù)設(shè)質(zhì)量比稱量各材料;利用行星球磨機將材料混合30分鐘;將混合粉末壓制成圓片形樣品;在馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，最終在180°C的干燥箱中保存?zhèn)溆谩?

  三、硝酸鉀復(fù)合相變儲熱材料的性能測試與分析

  (一)宏觀形貌

  實驗結(jié)果表明，膨脹石墨不適合作為污泥焚燒灰渣/硝酸鉀復(fù)合相變儲熱材料的導(dǎo)熱增強劑，因為其與硝酸鉀的相容性差，導(dǎo)致相變材料泄漏嚴(yán)重。而添加碳化硅和氮化硼的樣品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯裂紋或泄漏。

  (二)儲熱性能

  儲熱性能由比熱容和熔化潛熱表征。實驗結(jié)果表明，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的導(dǎo)熱增強劑在熔化潛熱改善方面表現(xiàn)最優(yōu)，且添加氮化硼優(yōu)于添加碳化硅。具體數(shù)據(jù)如下表所示：

  表2 樣品的相變特性

  (三)導(dǎo)熱性能

  導(dǎo)熱系數(shù)是衡量儲熱材料傳熱性能的關(guān)鍵指標(biāo)。實驗結(jié)果表明，添加氮化硼的樣品導(dǎo)熱系數(shù)提升最為顯著。在100~400°C時，添加2%氮化硼的樣品導(dǎo)熱系數(shù)分別比未添加導(dǎo)熱增強劑的樣品提高了65%、93%、117%和203%。

  (四)熱穩(wěn)定性能

  熱穩(wěn)定性測試表明，添加氮化硼的樣品在1000次加熱/冷卻循環(huán)后表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性。具體數(shù)據(jù)如下表所示：

  (五)蓄熱性能

  硝酸鉀行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，蓄熱性能測試表明，添加氮化硼的樣品具有更高的傳熱速率，能夠快速釋放儲存的能量。具體數(shù)據(jù)如下表所示：

  四、結(jié)論

  通過實驗研究，添加氮化硼作為導(dǎo)熱增強劑的污泥焚燒灰渣/硝酸鉀復(fù)合相變儲熱材料在儲熱性能、導(dǎo)熱性能和熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的氮化硼的樣品在熔化潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)和熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)最優(yōu)。這些結(jié)果表明，硝酸鉀作為一種高效的相變儲熱材料，通過優(yōu)化導(dǎo)熱增強劑的種類和添加量，能夠顯著提升復(fù)合相變儲熱材料的性能，為未來能源存儲技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方法。

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