编号：CYYJ043988
篇名： AlN多孔陶瓷基复合相变储热材料的高效光热储存方法研究
作者： 王浩蕾
关键词： 热能储存; 光热转化; 复合相变材料; 导热系数; 氮化铝陶瓷;
机构：南京航空航天大学
摘要： 相变储热因具有高储能密度且储/释热过程中温度几乎不变的特性而备受关注,然而相变材料（PCMs）的低热导率严重限制了其能量存储的速率。以往策略中通过在PCMs中加入高导热材料以提升复合材料的有效热导率,但其常用的碳基材料高温易氧化,金属基材料易受熔盐腐蚀,限制了复合相变储热材料的实际应用。陶瓷具有良好的耐高温、耐腐蚀特性,因此陶瓷基复合相变材料被认为是十分有前景的高温储能材料。 本文以具有高热导率(320W/（m·K）)的氮化铝（AlN）陶瓷为导热增强材料,通过水基陶瓷浆料发泡法成功制备了致密多孔的AlN骨架。所制备的AlN骨架因构建了连续的热传输通道,当骨架孔隙率在60%～72%时,热导率范围为52.63～31.8W/（m·K）。与熔融盐NaCl/LiNO3复合后,填充率可达92%,复合材料AlN-NaCl/LiNO3熔化潜热达140～186 k J/kg。进一步用氮化钛（TN）纳米颗粒修饰AlN骨架可以将太阳能吸收率从70%提高到90%,从而实现直接以太阳为热源的热能储存。 后基于冷冻干燥的方法制备了具有防泄漏特性的AlN基复合相变材料。在AlN负载为20vol%时,复合材料AlN-Paraffin的导热系数高达21.58W/（m·K）,熔化/凝固时间减少到纯PCMs的一半左右,在500次熔化/凝固循环中可保持良好的形状稳定性和热稳定性。TN纳米颗粒的引入使定向AlN/TN骨架具有高达95%的全光谱吸收率,复合材料AlN/TN-Paraffin的太阳能光热转化效率达到92.9%。通过与熔融盐Na Cl/LiNO3进行复合,复合材料的相变焓高达208k J/kg,实现了高效光热转化与快速大容量储能于一体。最后以聚氨酯泡沫模板法制备了具有大尺寸、高孔隙率的通孔AlN骨架,采用体积平均法探究了AlN陶瓷骨架在储热系统中的性能,结果表明在管壳式储热系统中分别加入孔隙率为91%和80%的AlN陶瓷骨架蓄热时间相对于纯PCMs可以缩短22%和25%。