核壳结构高温金属基相变储热胶囊的制备与表征

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	核壳结构高温金属基相变储热胶囊的制备与表征
	马炳倩; 张国才; 李建强
	2015
会议名称	2015年中国化工学会年会
会议日期	2015-10-17
会议地点	中国北京
关键词	金属相变材料核壳结构相变储热胶囊电沉积难混溶合金
中文摘要	我国工业能耗超过全社会能耗的70%,其中钢铁、有色等过程工业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47%,工业余热利用率低是造成高能耗的重要原因。多数工业余热资源均具有间歇性和非稳态的特点,容易造成能量供需在时间和空间上不匹配的问题,回收利用困难。同样的问题也存在太阳能热利用领域。因此储热技术成为工业余热大规模回收利用和太阳能热利用的关键。相变储热具有储热密度高、相变温度恒定、相变前后体积变化小等优点,是非常有应用前景的储热材料。目前工业余热回收和太阳能聚光式热发电都迫切需要开发800℃以上的高温相变材料。现阶段高温相变材料体系主要包括熔盐和金属,金属的热导率高(是熔盐热导率的上百倍)、储热密度和熔盐相当,是高温相变材料的优选。但和熔盐一样,金属在熔融状态时也具有腐蚀性,怎样对其进行封装一直是一个难题。为了实现对金属相变材料的封装,首先采用电沉积的思路,选用高热导、高熔点的纯铜作为储热介质,设计了Ni-Cr双层包覆金属Cu球的胶囊结构,中间的Cr层与Cu互溶度极小,可阻止高温下液态Cu向金属Ni的扩散;最外的Ni层具有良好的抗氧化作用。针对目前镀Cr工艺中存在的Cr层难沉积、电镀过程易钝化的难题,提出了间歇式电沉积方法,实现了铜球上超厚Cr层的高质量沉积。最终获得的Ni-Cr包覆Cu相变胶囊的相变温度为1077℃;相变潜热为理论值的75%,约为71 J/g;并计算了Ni-Cr双层的理论热阻值,为8.27×10-6 m2k/w;在1050~1150℃之间进行吸热-放热循环1000次之后,仍然保持完好,没有发生泄漏和破裂,是目前报道热循环性能最好的金属相变胶囊。此外,利用Fe-Cu难混溶合金体系的液-液相分离现象,采用无容器气动悬浮技术,使富Fe相和富Cu相在Marangoni对流、Stokes沉积等效应协同作用下自发形成核壳结构,通过控制氧分压,使外层Fe原位部分氧化形成氧化层,进一步增强了金属胶囊的耐磨性和实用性。通过对样品进行形貌和组分表征,结合DSC热分析和液相分离过程计算,分析了Fe-Cu难混溶合金从熔融态凝固下来的相变过程,获得了核壳结构Fe包覆Cu的金属相变储热胶囊,相变温度在1090℃,相变潜热为200.1 k J/L.
会议主办者	中国化工学会
会议录	2015年中国化工学会年会论文集
内容类型	会议论文
源URL	[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20391]
专题	过程工程研究所_研究所（批量导入）
推荐引用方式 GB/T 7714	马炳倩,张国才,李建强. 核壳结构高温金属基相变储热胶囊的制备与表征[C]. 见:2015年中国化工学会年会. 中国北京. 2015-10-17.