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。
《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。
(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?
(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:
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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