聚乙二醇/膨胀石墨相变储能复合材料

Sep.2008现代化工第28卷第9期46Moderm Chemical Industry2008年9月聚乙二醇/膨胀石墨相变储能复合材料赵建国1.2,郭全贵?,刘朗",魏兴海”,张金喜2(1.山西大同大学化学系,山西大同037009;2.中国科学院山西煤炭化学研究所炭材料重点实验室,山西太原030001)摘要:利用膨胀石墨孔陬结构的吸附性能,制备了聚乙二醇/膨胀石墨相变储能复合材料,用差示扫描热量法研兖了材料的热性能。结果表明复合材料的相变温度不随聚乙二醇含量的改变而变化，材料的相变潜热随符聚乙二醇含量的增加而增加。复合材料的导热性能随着聚乙二醇含量的增加而减小。膨胀石量的多孔结构对聚乙二醇有很好的吸附性能,聚乙二醇在固-液相变时,未见有液态聚乙二醇的渗出。关键词:膨胀石壘,聚乙二醇,相变材料中图分类号:TB32文献标识码:A文章编号: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热能储存能解决热能供求之间在时间和空间上2 200 g/ mol,天津市光复精细化工研究所。以天然不匹配的矛盾,其中相变储能的吸热和放热过程几鳞片石墨为原料,采用高氯酸和硝酸混合酸为复合乎可以在恒定温度下进行,储热密度大,应用领域广氧化插层剂,冰乙酸为辅助插层剂,制备了可膨胀石阔[1-4]。但由于相变储热材料的导热性能不好,换墨,在900C的高温下加热膨胀5 s制得膨胀石热性能差,影响其储能和释能效率。膨胀石墨是由墨[5]。将上述膨胀石墨在常温下模压成型,然后在石墨微晶构成的疏松多孔的蠕虫状物质,它除了保0.02 MPa的压力下, 100C的水浴中加热浸渍聚乙二留了鳞片石墨良好的导热性外，还具有良好的吸附醇,浸渍时间为3 ho性5]。聚乙二醇是一种较好的高分子相变材料,结1.2测试方法晶速率很高,且具有较大的相变焓、无腐蚀性,性能高分辨扫描电镜(SEM)使用JEOL的JSM-较稳定,不易出现过冷现象和相分离,且价格便宜。6700F冷场发射扫描电子显微镜。用差示扫描热量二者也都具有良好的生物相容性。笔者利用聚乙二仪(德国NETZSCH STA 409 PC/PC)对复合相变材料醇和膨胀石墨复合制备了相变储能材料,该种材料进行差示扫描(DSC)测试,仪器用高纯钢校准。按综合利用了膨胀石墨的高导热性能和聚乙二醇优异GJB 1201. 1-1991标准,采用NEIZSCH LFA 447/2-的相变储能性能。21nsb NanoFlash热常数测定仪测定热扩散率。1实验部分2结果与讨论1.1试样的制备中国煤化工聚乙二醇2000,分析纯,平均分子质量1800~TYHCNMHG材料的性质。图1(a)收稿日期:2008-06-17基金项目:山西省重点实验室基金(003009);中国博士后科学基金000200)0作者简介;赵建国(1971-),男,博士,副教授,主要从事新型炭材料制备工艺研究,0351 - 4070546, ighaohi@ 163. com。2008年9月赵建国等:聚乙二醇/膨胀石墨相变储能复合材料所示是膨胀石墨的SEM照片,可见膨胀石墨具有丰图2所示是不同聚乙二醇含量的复合相变材料富的孔隙结构。膨胀石墨是由许多粘连、叠合在一的DSC曲线,所得的聚乙二醇/膨胀石墨复合材料起的石墨鳞片构成,片层间有许多蜂窝状的微细孔的固-液相变温度点在60C左右。图3是根据图2隙,孔隙呈梭型。图1(b)所示是聚乙二醇/膨胀石的实验结果所作的复合材料相变潜热与聚乙二醇含墨复合相变材料的SEM照片,可见在膨胀石墨的孔量的关系曲线,复合材料的相变潜热随着聚乙二醇隙结构中吸附填充了聚乙二醇,膨胀石墨的空间网含量的增加而增加,相变潜热为110~ 180 J/go络结构将聚乙二醇基体分隔成无数个小的区域。在.2.3 相变材料的导热性能相变复合材料中,吸附性能缘于其独特的网络孔隙图4是聚乙二醇的含量对复合相变材料热扩散和高活性的石墨微晶表面,膨胀石墨对相变材料的率的影响,随着复合材料中石墨含量的增大,聚乙二吸附复合过程主要有吸附和孔隙结构的填充2类,醇含量的减少,复合材料的热扩散率大幅度的提高。其中孔隙结构的填充占主要部分,膨胀石墨对相变无论是储热还是放热,复合相变储热材料的储(放)材料的吸附可分为物理吸附和化学吸附,它们是复热时间都要比聚乙二醇大大地减少。其原因是复合合作用的驱动力。实验过程中发现，由于毛细管作材料中的膨胀石墨具有较高的导热系数,从而大大用力和表面的物理化学吸附作用,聚乙二醇在多次地提高了聚乙二醇/膨胀石墨复合相变材料在储固-液相变时,未见有液体聚乙二醇的渗出,所以此(放)热过程的传热速率,因而缩短了储热和放热种材料不需要封装,可以直接使用,克服了在储热技时间。术中应用时的液态相变材料流动的问题。0.800.90 0.95 1.0010 Lm0 pm聚乙二醇质量分数1%(a)膨胀石墨孔隙结构的(b)聚乙二醇/膨胀石墨图4聚乙二醇含量对复合相变材料SEM形貌复合材料的SEM形貌热扩散率的影响图1膨胀石墨和复合材料的 SEM形貌3结语2.2相变温度与相变潜热复合材料的相变温度不随聚乙_二醇含量的改变2.802.40-而变化,材料的相变潜热随着聚乙二醇含量的增加2.001.60而增加;复合材料的导热性能随着聚乙二醇含量的1.20-增加而减小;多孔石墨结构对聚乙二醇有很好的吸附性能，聚乙二醇在固液相变时,未见有液体聚乙0.00二醇的渗出。-0.40204080参考文献图2不同聚乙二醇含量的复合相变[1] Jun Fukai, Kanou M, Kodame Y, a al. Thermal conductivity enhance-材料的DSC曲线ment d enengy storage media using carbon fbers[J]. Enengy Conversion& Mnenxt,200,41:1541-1 1556.6160-[2]刘超,剧罪,侯海燕,等,贮能相变材料的研究及发展趋势[J].材料导报,2005, 19:262 - 264.140中国煤化工，一变化对固-液相变过程的0.80 0.85 0.90 0.95 1.00[4]:TYHC N M H G与换热实验研究[J].工豪乙二醇质量分数/%程热物理学报2002,23(1);9- 12. .图3聚乙二醇含量对复合材料相 变潜热的影响[5]魏兴海,张金喜.史景利,等.无硫高倍膨胀石曇的制备及影响因素探讨[J].新型炭材料,00.19(1);45-48.1