无机相变储热材料

无机相变储热材料的探究
赵程程
武汉大学化学与分子科学学院 2010级化类一班
摘要：介绍Na2SO4·10H20用作相变材料的储能特性，综述了针对Na2SO4·10H20过冷和相分离现象的解决方法以及Na2S04·lOH20某些共晶盐的研究。

关键词：相变材料、十水硫酸钠、共晶盐、过冷相分离
引言：Na2S04·10H20是一种典型的无机水合盐相变储能材料。

它属于低温储热材料，有
较高的潜热(254kJ／kg)和良好的导热性能、化学稳定性好、无毒、价格低廉，是
许多化工产品的副产品，来源广，因合适的相变温度，能用于贮存太阳能、各种工
业和生活废热，与其它无机盐(如NaCI)形成的低共熔盐的相变温度可控制在20～
30"C范围内。

因此Na2S04·10H20以其优越的性能，成为很具吸引力的储热材料。

实验原理：
1.Na2S04·10H20的相变储热循环过程为：Na2S04·10H20(S)+饱和溶液=Na2SO4·10H2O（l）
2.过冷：即液相的水溶液温度降低到其凝固点以下仍不发生凝固。

这样就使释热温度发生变
动。

在其储热后由结晶态变为液态时，因过冷不结晶就不能释放出所储存的潜热，而且由于过冷，液体随温度降低粘度不断增加，阻碍了分子进行定向排列运动，从而使其在过冷程度很大时形成非晶态物质，相应减小相变潜热。

3.相分离：即指结晶水合盐在使用过程中的析出现象。

当(AB·mH20)型无机盐水合物受热时，
通常会转变成含有较少摩尔水的另一类型AB·pH20的无机水合盐，而AB·pH20
会部分或全部溶解于剩余的水中。

加热过程中，一些盐水混合物逐渐地变成无水盐，并可全部或部分溶解于水(结晶水)。

若盐的溶解度很高，则可以全部溶解，但如果
盐的溶解度不高，即使加热到熔点以上，有些盐仍处在非溶解状态，此时残留的固
态盐因密度大沉到容器底部而出现固液相分离。

实验过程：
1.解决Na2SO4·10H20过冷现象：添加成核剂法和冷指法。

●成核剂可作为结晶生成中心的微粒，使在凝固点时顺利结晶，减少或避免过冷的发生。

可作Na2S04·10H20成核剂的物质有硼砂等。

●冷指法即相变过程中保留部分固态Na2S04·10H20，以这部分未融化的Na2s04·10H20作
为成核剂。

为了防止在熔化时固液相的分层需要加入一定量的增稠剂或悬浮剂。

→增稠剂的作用：提高溶液的粘度从而阻止水合盐聚集，但并不妨碍相变过程；常用的增稠剂是活性白土、PCA(聚羧酸)、YDS一1、cMc(羧甲基纤维素)等。

→悬浮剂的作用：将析出的无水Na2SO4和成核剂均匀地分散在体系中，使它们与溶液充分接触。

常用的悬浮剂有木屑和白碳黑等。

2.Na2S04·10H20的一些低共熔混合物的性能：
低共熔混合物即共晶盐相变材料，是指2种或2种以上物质组成的具有最低熔点的混合物。

低共熔混合物具有与纯净物一样的明显的熔点，在可逆的固一液相变中始终保持相同的组分。

是相变储能材料中比较理想的材料。

●在Na2S04·10HzO中加入能与其形成共熔混合物杂质NaCI，制备了一系列NaCI含量不同的储热材料样品。

→随NaCI质量百分比的不断增大，材料的相转变点不断降低，储热能力也相应降低，但是在NaCI含量为13％左右时，出现例外，其储热量骤然增大。

→在Na2S04·10H20、NaCI、硼砂、CMC、木屑、HMP盐、水等，形成低共熔混合体系，最佳组成为4％硼砂+7％木屑+2％CMC+0．2％HMP以及一定量的NaCl。

结论：
(1)Na2SO。

·10H20无机共晶盐的研究主要有Na2S04·10H20-Na：HP04·12H20、
Na2S04·10H20-NFLCl、Na2S04· 10H20-NaCl以及Na2SO4·10H20—NaN03等体系，取得了较好的研究效果。

主要表现在过冷现象基本控制，熔化潜热较大。

(2)整体研究水平大都还停留在试验阶段，商业化应用不多。

参考文献：
1.朱冬生.剧霏.刘超相变材料CH3COONa@3H2O的研究进展 2007(01)
2.张寅平.胡汉平.孔祥冬相变储能理论和应用 1996
3.陈云深.陈凯.沈斌君交联定形相变储能材料的研制[期刊论文]-复合材料学报 2006(03)
4.黄金.张仁元.伍彬复合相变储能材料制备工艺对其浸渗率和相对密度的影响[期刊论文]-材料科学与工程学报
2006(05)
5.蔡作乾.王琏.杨根陶瓷材料辞典 2002
6.马江生相变储热材料-Na2sO4@10H2O的研制 1994(01)
7.丁益民.阎立诚.薛俊慧水合盐储热材料的成核作用 1996(01)
8.Suat Canbazoglu Enhancement of solar thermal energy storage performance using sodium thiosulfate
pentahydrate of a conventional solar water-heating system[外文期刊] 2005
9.孙鑫泉.龚钰秋.徐宝庆十水硫酸钠体系潜热蓄热材料的研究[期刊论文]-杭州大学学报1990(02)
10.Dipak R Biswas Thermal energy storage using sodium sulfate decahydrate and water 1987(01)
11.Stephen B Marks An investigation of the thermal energy storage capacity of Glaubers'salt with
respect to thermal cycling 1980(05)
12.Stephen B Marks The effect of crystal size on the thermal energy storage capacity of thickened
Glauber's salt 1983(01)
13.Herrick C S Melt-freeze-cycle life-testing of Glauber's salt in a rolling cylinder heat store
1982(02)
14.ShurcliffW A Comments on"Glauber's salt in rotating cylinder:pressure gauge shows amount of
stored heat" 1984(02)
15.郝新民十水硫酸钠相变潜热在太阳能蓄热技术中的应用 1990(01)
16.Marliacy P Thermodyaa-mics of crystallizeation of sodium sulfate decahydrate in H2O-NaCl-
Na2SO4:application to Na2SO4@10H2O-based latent heat storage materials 2000(344) 17.Mohammed M F A review on phase change energy storage:materials and applications 2004(45)
18.Belen Z Review on thermal energy storage with phase change:materials,heat transfer analysis and
applications 2003(23)
19.阎立诚.丁益民.孙宇光Na2SO4@10H2O系储热材料研究 1991(04)
20.焦小浣.胡文旭十水硫酸钠相变储热材料应用研究 1996(03)
21.皮启铎十水硫酸钠熔化热的差动热分析 1992(03)
22.冯海燕.刘晓地.葛艳蕊水合盐的几种脱水过程探讨[期刊论文]-无机化学学报 2000(01)
23.胡起柱.梁树勇.张太平Na2SO4@10H2O-NaNO3多温截面 1992(02)
24.谢全安.郑丹星.武向红Na2SO4@10H2O共晶盐的热化学研究[期刊论文]-太阳能学报2002(01)
25.徐玲玲.沈艳华.梁斌斌Na2SO4@10H2O和Na2/HPO4@12H2O体系的相变特性[期刊论文]-南京工业大学学报2005(04)
26.Abhat A Low temperature latent heat thermal energy storage:heat storage materials 1983(04)
27.Dickinson W C.CheremisinoffP N Solar Energy Technology Handbook 1986
28.Hawes D W.Feldman D.Banu D Latent heat storage in building materials 1993(20)
29.George W Scherer Stress from crystallization ofsalt 2004(34)
30.Paul Wencil Brow.John W Evaluation of the variation in thermal performance in
a Na2SO4@10H2O
phase change system 1986(13)
31.方玉堂.匡胜严.张正国纳米胶囊相变材料的制备[期刊论文]-化工学报 2007(03)。