聚乙二醇/膨脹石墨相變儲能復合材料

Sep.2008現代化工第28卷第9期46Moderm Chemical Industry2008年9月聚乙二醇/膨脹石墨相變儲能復合材料趙建國1.2,郭全貴?,劉朗",魏興?！?張金喜2(1.山西大同大學(xué)化學(xué)系,山西大同037009;2.中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所炭材料重點(diǎn)實(shí)驗室,山西太原030001)摘要:利用膨脹石墨孔陬結構的吸附性能,制備了聚乙二醇/膨脹石墨相變儲能復合材料,用差示掃描熱量法研兗了材料的熱性能。結果表明復合材料的相變溫度不隨聚乙二醇含量的改變而變化，材料的相變潛熱隨符聚乙二醇含量的增加而增加。復合材料的導熱性能隨著(zhù)聚乙二醇含量的增加而減小。膨脹石量的多孔結構對聚乙二醇有很好的吸附性能,聚乙二醇在固-液相變時(shí),未見(jiàn)有液態(tài)聚乙二醇的滲出。關(guān)鍵詞:膨脹石壘,聚乙二醇,相變材料中圖分類(lèi)號:TB32文獻標識碼:A文章編號:0253 - 4320(2008)09 - 0046 - 02Polyethylene glycol expanded graphite phase change composites for thermal storageZHAO Jian guol2, GUO Quan-gui2, LIU Lang2, WEI Xing-hai2, ZHANG Jin-xi2(1. Departnent of Chemistry, Sharxi Datong University, Datong 037009, China; 2. Key Laboratory of Carbon Materials,Institute of Coal Chermistry, Chinese Academy of Sciences, Taiyuan 030001, China)Abstract: A kind of polyethylene glyco/expanded graphite phase change materials for thermal stornge made ofpolyehylene lycol impregnated by capillary forces in a compresed expanded gaphite suppoting matrix are prepared. Thethermal properties of phase change materials are chraterized by means of diferential scanning calorimetry . The results showthat latent heats of phase change materials are enlarged with the increasing of the polyethylene gycol quality fraction, however,phase change temperatures keep constant. Thermal difusivrtiy of polyetbylene glycou expanded graphite phase change malerialstends to go up with the dereasing of polyethylene glycol. Cos-linking of expanded graphite can improve the stability of phasechange materials, which will prevent polyethylene glyol from difusing to the outside.Key words: expanded graphite; polyethylene gyol; phase change material熱能儲存能解決熱能供求之間在時(shí)間和空間上2 200 g/ mol,天津市光復精細化工研究所。以天然不匹配的矛盾,其中相變儲能的吸熱和放熱過(guò)程幾鱗片石墨為原料,采用高氯酸和硝酸混合酸為復合乎可以在恒定溫度下進(jìn)行,儲熱密度大,應用領(lǐng)域廣氧化插層劑,冰乙酸為輔助插層劑,制備了可膨脹石闊[1-4]。但由于相變儲熱材料的導熱性能不好,換墨,在900C的高溫下加熱膨脹5 s制得膨脹石熱性能差,影響其儲能和釋能效率。膨脹石墨是由墨[5]。將上述膨脹石墨在常溫下模壓成型,然后在石墨微晶構成的疏松多孔的蠕蟲(chóng)狀物質(zhì),它除了保0.02 MPa的壓力下, 100C的水浴中加熱浸漬聚乙二留了鱗片石墨良好的導熱性外，還具有良好的吸附醇,浸漬時(shí)間為3 ho性5]。聚乙二醇是一種較好的高分子相變材料,結1.2測試方法晶速率很高,且具有較大的相變焓、無(wú)腐蝕性,性能高分辨掃描電鏡(SEM)使用JEOL的JSM-較穩定,不易出現過(guò)冷現象和相分離,且價(jià)格便宜。6700F冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。用差示掃描熱量二者也都具有良好的生物相容性。筆者利用聚乙二儀(德國NETZSCH STA 409 PC/PC)對復合相變材料醇和膨脹石墨復合制備了相變儲能材料,該種材料進(jìn)行差示掃描(DSC)測試,儀器用高純鋼校準。按綜合利用了膨脹石墨的高導熱性能和聚乙二醇優(yōu)異GJB 1201. 1-1991標準,采用NEIZSCH LFA 447/2-的相變儲能性能。21nsb NanoFlash熱常數測定儀測定熱擴散率。1實(shí)驗部分2結果與討論1.1試樣的制備中國煤化工聚乙二醇2000,分析純,平均分子質(zhì)量1800~TYHCNMHG材料的性質(zhì)。圖1(a)收稿日期:2008-06-17基金項目:山西省重點(diǎn)實(shí)驗室基金(003009);中國博士后科學(xué)基金000200)0作者簡(jiǎn)介;趙建國(1971-),男,博士,副教授,主要從事新型炭材料制備工藝研究,0351 - 4070546, ighaohi@ 163. com。2008年9月趙建國等:聚乙二醇/膨脹石墨相變儲能復合材料所示是膨脹石墨的SEM照片,可見(jiàn)膨脹石墨具有豐圖2所示是不同聚乙二醇含量的復合相變材料富的孔隙結構。膨脹石墨是由許多粘連、疊合在一的DSC曲線(xiàn),所得的聚乙二醇/膨脹石墨復合材料起的石墨鱗片構成,片層間有許多蜂窩狀的微細孔的固-液相變溫度點(diǎn)在60C左右。圖3是根據圖2隙,孔隙呈梭型。圖1(b)所示是聚乙二醇/膨脹石的實(shí)驗結果所作的復合材料相變潛熱與聚乙二醇含墨復合相變材料的SEM照片,可見(jiàn)在膨脹石墨的孔量的關(guān)系曲線(xiàn),復合材料的相變潛熱隨著(zhù)聚乙二醇隙結構中吸附填充了聚乙二醇,膨脹石墨的空間網(wǎng)含量的增加而增加,相變潛熱為110~ 180 J/go絡(luò )結構將聚乙二醇基體分隔成無(wú)數個(gè)小的區域。在.2.3 相變材料的導熱性能相變復合材料中,吸附性能緣于其獨特的網(wǎng)絡(luò )孔隙圖4是聚乙二醇的含量對復合相變材料熱擴散和高活性的石墨微晶表面,膨脹石墨對相變材料的率的影響,隨著(zhù)復合材料中石墨含量的增大,聚乙二吸附復合過(guò)程主要有吸附和孔隙結構的填充2類(lèi),醇含量的減少,復合材料的熱擴散率大幅度的提高。其中孔隙結構的填充占主要部分,膨脹石墨對相變無(wú)論是儲熱還是放熱,復合相變儲熱材料的儲(放)材料的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附,它們是復熱時(shí)間都要比聚乙二醇大大地減少。其原因是復合合作用的驅動(dòng)力。實(shí)驗過(guò)程中發(fā)現，由于毛細管作材料中的膨脹石墨具有較高的導熱系數,從而大大用力和表面的物理化學(xué)吸附作用,聚乙二醇在多次地提高了聚乙二醇/膨脹石墨復合相變材料在儲固-液相變時(shí),未見(jiàn)有液體聚乙二醇的滲出,所以此(放)熱過(guò)程的傳熱速率,因而縮短了儲熱和放熱種材料不需要封裝,可以直接使用,克服了在儲熱技時(shí)間。術(shù)中應用時(shí)的液態(tài)相變材料流動(dòng)的問(wèn)題。0.800.90 0.95 1.0010 Lm0 pm聚乙二醇質(zhì)量分數1%(a)膨脹石墨孔隙結構的(b)聚乙二醇/膨脹石墨圖4聚乙二醇含量對復合相變材料SEM形貌復合材料的SEM形貌熱擴散率的影響圖1膨脹石墨和復合材料的 SEM形貌3結語(yǔ)2.2相變溫度與相變潛熱復合材料的相變溫度不隨聚乙_二醇含量的改變2.802.40-而變化,材料的相變潛熱隨著(zhù)聚乙二醇含量的增加2.001.60而增加;復合材料的導熱性能隨著(zhù)聚乙二醇含量的1.20-增加而減小;多孔石墨結構對聚乙二醇有很好的吸附性能，聚乙二醇在固液相變時(shí),未見(jiàn)有液體聚乙0.00二醇的滲出。-0.40204080參考文獻圖2不同聚乙二醇含量的復合相變[1] Jun Fukai, Kanou M, Kodame Y, a al. Thermal conductivity enhance-材料的DSC曲線(xiàn)ment d enengy storage media using carbon fbers[J]. Enengy Conversion& Mnenxt,200,41:1541-1 1556.6160-[2]劉超,劇罪,侯海燕,等,貯能相變材料的研究及發(fā)展趨勢[J].材料導報,2005, 19:262 - 264.140中國煤化工，一變化對固-液相變過(guò)程的0.80 0.85 0.90 0.95 1.00[4]:TYHC N M H G與換熱實(shí)驗研究[J].工豪乙二醇質(zhì)量分數/%程熱物理學(xué)報2002,23(1);9- 12. .圖3聚乙二醇含量對復合材料相 變潛熱的影響[5]魏興海,張金喜.史景利,等.無(wú)硫高倍膨脹石曇的制備及影響因素探討[J].新型炭材料,00.19(1);45-48.1