【doc】 在储能过程中多元醇类相变材料挥发性的实验研究.doc

在储能过程中多元醇类相变材料挥发性的实验研究在储能过程中多元醇类相变材料挥发性的实验研究/n全英等?269?在储能过程中多元醇类相变材料挥发性的实验研究闫全英王威(1北京建筑工程学院城建系,北京100044;2信息产业部电子第六研究所,北京100083)摘要研究了由新戊二醇,季戊四醇和三羟甲基氨基甲烷组成的一元,二元和三元体系在固一固相转变和固一液相转变过程中的挥发性.材料在固一固转变过程中,失重率较低,在5以内,材料密封后无失重现象;在固一液转变时,失重率较大,密封后有轻微的失重.温度越高,多元醇的挥发性越大.不同组成的多元醇体系在储能过程中有不同程度的失重现象.在使用时应考虑材料的密封,以免影响储热性能.关键词多元醇挥发性失重率固一固相变材料experimentalstudy011thevolatilityofpolyalcoholsintheprocessofthermalstorageyanquanyingwangwei(1departmentofurbanconstructionengineering,beijinginstituteofcivilengineeringandarchitecture,beijing100044;2thesixthgraduateschoolofinformationindustrialministry,beijing100083)abstractthispaperintroducestheexperimentalstudyonthevolatilityofmonobasic,binaryandtriatomicsystemsconsistingofneopentylglycol,pentaerythritolandtrihytdmxymethylaminomethanewithdifferentcomponent.inthesolidsolidphasechangeprocess,theweightlossrateofpolyalcoholsislowerthan5percent,andtheweightlossrateofpolyalcoholsiszeroafterpolyalcoholsaresealed.inthesolidliquidphasechangeprocess,theweightlossrateopolyalcoholsishigher,andtheweightlossrateofpolyalcoholsisverylowafterpolyalcoholsaresealed.thehigherthetemperatureofpolyalcohols,thehigherthevolatility.polyalcoholsshouldbesealedintheprocessofthermalstorage.keywordspolyalcohols,volaility,weightlossrate,solid-solidphasechangematerial0引言固一固相变材料由于其特有的优点如相变体积变化小,无相分离,无泄漏,腐蚀性小等正逐渐受到人们的重视_1.有利用价值的固一固相变材料包括交联高密度乙烯,层状钙钛矿和多元醇,是通过晶体有序一无序转变而可逆放热,吸热的2.目前,研究和使用较多的固一固相变材料是多元醇类相变材料,如新戊二醇(neopentylglycol,npg),季戊四醇(pentaerythritol,pe)和三羟甲基氨基甲烷(trihytdroxymethylaminomethane,tam).它们的一元体系固一固相变温度较高,适用于中高温储能领域.为使多元醇能够应用于低温储能领域,例如建筑节能领域,可把不同多元醇以不同比例组成二元或三元体系,降低它的相转变温度,从而得到相变温度范围较宽的储能材料,以适应对相变温度有不同要求的领域.有关多元醇储热性能的研究和报道较多_3.王小伍等研究了多元醇二元体系npg/pe和npg/tam的储热性能.阮德水等研究了多元醇二元体系固固相变储热特性.本文作者也在这方面做过较多的研究,利用德国耐驰公司的差示扫描量热仪(dsc)实验研究了多元醇一元体系,二元体系和三元体系的固一固转变温度和转变热,并探讨了多元体系不同的制备方法,从而选择出最佳的制备方法.多元醇二元体系,三元体系的相变温度较低,在4o以内,可以应用于建筑节能领域,在地板和墙体中作为储热材料是可能的.但多元醇在使用过程中应注意其具有挥发性.本文研究了多元醇及其二元,三元体系在吸放热过程中的挥发性,对多元醇在储能领域的实际应用具有指导意义.1实验过程1.1实验设备和实验材料实验材料为北京试剂公司生产的新戊二醇(npg),三羟甲基氨基甲烷(tam),季戊四醇(pe)和无水乙醇.设备和仪器包括分析天平,铝制坩埚,小型加热电炉,红外灯,研磨器等.1.2实验样品的制备多元醇类相变材料npg,tam,pe以不同的质量百分比混合,形成二元体系npg-tam,pe-npg,tampe和三元体系npg-tam-pe.把按比例配好的混合物研磨成粉末放入容器中,倒入酒精,用红外灯照射,待溶剂蒸发完毕,撤去红外灯,把试样在空气中冷却后研磨成粉末状待用.实验中使用的试样共15种,其中一元体系3种,二元体系9种,三元体系3种.取每一种试样少量称重后放入铝坩埚中,分为不密封和密封的样品.密封试样,在坩埚上盖铝盖,用压盖机把铝盖压紧.1.3实验方法每一种试样逐一编号,同一种材料应包括两种样品分别为不密封和密封样品.按顺序对每一种试样进行挥发性测试.试*北京市供热,供燃气,通风及空调工程重点实验室项目(kf200310)闰全英:女.1970年生,博士,副教授tel:01068834936e-mail:?270?材料导报2005年l1月第19卷专辑v样首先记录原始重量,再放入电炉中加热,设计电炉升温程序,在该试样固一固转变温度处恒温30rain,取出称重,然后继续加热至试样的熔化温度,取出称重.2实验结果与分析表1为多元醇一元体系的实验结果.3种多元醇类相变材料的挥发性是不同的.在固一固转变后,pe的失重率最大,npg其次,而tam为0.在固一固转变后,材料的失重率小于4.熔化后pe和npg的失重率明显提高,tam的失重率较小.如果试样进行密封,固一固转变后,材料无失重现象,固一液转变后,失重率也较小.表1多元醇一元体系材料组成penpg转变温度,.c187.143134.5不原始重量,n17.527.615.1密固一固转变后的重量,mg/失重率,16.8/427.1/1.1815.1/0封固一液转变后的重量,mg/失重率,10.3/41.120.9/24.314.7/2.6密原始重量,mg34.834.422.5固固转变后的重量,mg/失重率,34.8/034.4/022.5/0封固一液转变后的重量,mg/失重率,34.1/234.0/1.222.4/o.04表2表4为多元醇二元体系的实验结果.二元体系在固一固转变或固一液转变后挥发性均比一元体系的略大,pe和npg含量越高的材料挥发性越大.二元体系的固一固转变失重率小于5.二元体系在固一液转变后的失重率要比固一固转变后的失重率高得多.二元体系pe-npg的挥发性要比pe-tam和npg-tam的挥发性大.实验中的二元体系试样在进行密封达到固一固转变温度后,无失重现象,在熔化后有轻微的失重,失重率小于2.表2多元醇nec/ie二元体系材,9o+l0pe5o+l0+9ope转变温度,33_23&941.1不原始重量,mg9.27.312.6密固固转变后的重量,mg/失重率,&8/37.0/4.112.0/4.8封固一液转变后的重量,mg/失重率,3.9/57.6&9/46.66.9/45.2密原始重量,mg10.1&811.7固一固转变后的重量jmg/失重率,10.1/o&8/o11.7/o封固_液转变后的重量,mg/失重率,9/2&7/1.111.s/1.7表3多元醇nee/tam二元体系材料组成,90g+lo1m5og+5o1,am1og+9o转变温度,343&339.7不原始重量,mg17.2l乞410.9密固一固转变后的重量,mg/失重率,17.o/1.212.1/2.41q6/2.8封固一液转变后的重量,mg/失重率,10.4/4o8.5/31.53/14.7密原始重量,mg16.914.112.6固一固转变后的重量,mg/失重率,16.9/o14.1/o12.6/o封固一液转变后的重量,mg/失重率,16.7/1.214.0/0.7lz6/0表4多元醇tam/ie二元体系材料,9+0tl0peam军t姗am+iot啪am转变温度,134133.4120.1不原始重量,mg15.42o.417.9密固一固转变后的重量,mg/失重率,15.3/0.6520.2/0.9817.6/1.7封固一液转变后的重量,mg/失重率,12.6/18.212.7/37.7&8/5o.8密原始重量,rng16.018.917.1固一固转变后的重量,mg/失重率,16.o/o18.9/o17.1/o封固一液转变后的重量,mg/失重率,%16.o/o18.8/o.517.0/0.6表5为三元体系的实验结果.三元体系挥发性与二元体系相差不多.在固一固转变后,材料的失重率在4以内,固一液转变后,材料的失重现象较严重.与一元,二元体系一样,材料在密封后,固一固转变无失重,固一液转变失重轻微,在1以内.表5多元醇tam/ie/nec三元体系转变温度,不原始重量,n18.518.312.4密固一固转变后的重量,mg/失重率,18.0/2.717.6/3.811.9/4封固液转变后的重量,mg/失重率,13.8/25.410.1/地85.7/54密原始重量,mg35.325.124.8固一固转变后的重量,mg/失重率,35.3/o25.1/o24.8/o封固一液转变后的重量,mg/失重率,35.2/0.2825.o/o.424.6/0.8由于二元,三元体系的相转变温度较低,人们更多地使用多元醇二元或三元体系而不用一元体系作为储能材料.有关它们的储热性能研究结果,已在作者其它相关文章中有所论述.多元醇材料相变时不生成液态的优点,使它正得到人们的逐渐重视.但材料具有的挥发性往往被人们忽略.从我们的实验研究结果可知,尽管挥发性是较小的,但如果把多元醇类相变材料应用于要求长期稳定使用的场合,如墙体,天棚或地板中,则应考虑到它的挥发性,采取适当的密封措施,防止材料的失重.较好的密封方法和措施有待研究.对于可以定期更换相变材料的场合,由于固一固转变的挥发性较小,可以不采取密封措施.如果相变温度适宜,应使用挥发性较小的多元醇体系,如npg-tam二元体系.多元醇类相变材料的挥发性与温度有关.温度越高,多元醇类相变材料的挥发性越大,质量损耗越大.故它宜在低温储能领域使用.多元醇材料的固一液转变热尽管很高,但因为其较大的挥发性和较高的熔点,不宜被使用.3结论(1)多元醇相变材料pe的挥发性最大,npg其次,而tam几乎不挥发.(2)多元醇二元体系中,pe和npg含量越高的材料挥发性越大.二元体系pe-npg的挥发性要比pe-tam和npg-tam的挥发性大.(3)三元体系挥发性与二元体系相差不大.(下转第273页)锂离子电池正极材料lini一a1o的低温燃烧合成/叶乃清等?273?从图中可以看出,随着锂含量的增加,衍射峰强度比值4(003)/i(104)逐渐增加,说明添加过量锂对于弥补高温挥发造成的缺锂是有必要的.在合成温度为750c,合成时间为16h的情况下,锂过量10mol效果较好.2.4合成时间对合成样品结构的影响为了研究合成时间对合成产物结构的影响,在750c按不同时间(4h,6h,8h,12h,16h和20h)进行了l.ni0.salo.2()2的合成试验,并对合成产物进行了分析.图4是在750.c不同时间内合成的lini0.sa1.z()2的x射线衍射图.从图中可以看出,随着合成时间的延长,衍射峰强度比值i(003)/i(104)先增后降.合成时间为8h,衍射峰强度比值i(003)/i(104)最大;合成时间不超过16h,衍射峰强度比值i(003)/i(104)下降不大;但合成时间延长到20h,i(003)/i(104)则快速下降.这说明合成时间过长对合成产物有不良影响.因为锂在高温下容易挥发,合成时间越长,锂的损耗越大,所以,合成时间以8h为佳.与固相反应法所需的合成时间(2226h)9相比,低温燃烧法的合成时间明显缩短.图4在750按不同时间合成的linio.8aio.2o2的x射线衍射图fig.4xrdpatternoflinio.8aio.202reheatedat750fordifferenttime3结论(1)以ni(no3)2?6h2o,a1(noa)3?9h20,lin()3和co(nhz)z为原料,采用低温燃烧法可以在空气中合成lini卜a102(x一0.o5o.3).(2)采用低温燃烧法合成linia1oz(x一0.05o.3)的时间比固相法大大缩短.(3)采用低温燃烧法在空气中合成linila1oz(x一0.05o.3)的最佳条件为:合成温度750.c,合成时间8h.(4)掺铝有利于形成和稳定a-nafeo2型层状有序结构,有利于在空气中制备linio2基正极材料.参考文献1brunos.recentadvancesinlithiumionbatterymaterialslj1.electrochimicaacta,2000,45:24612叶乃清,刘长久,沈上越.锂离子电池正极材料linio2的存在问题与解决办法i-j.无机材料,2004,19(6):12173wanggx,zhongs,bradhurstdh.lia1ani卜a02solidsolutionsascathodicmaterialsforrechargeablelithiumbatterieslj1.solidstateionics,1999,116:2714李晓干,仇卫华,林传刚,等.lia1ni一()?作为锂离子电池正极材料的研究i-j.电化学,2000,6(3):3575songmy.leer.kwonih.synthesisbysolgelmethodandelectrochemicalpropertiesoflini卜a102cathodematerialsforlithiumsecondarybatteryrj.solidstateionics,2003,156:3196kimj,aminei(.theeffectoftetravalenttitaniumsubstitutioninliniltio2(0<x0.2)systemi-j.electrochemistrycommunications,2001,3:527zhanglq,noguchih,yoshiom.synthesisandelectrochemicalpropertiesoflayeredli-nimn-ocompoundsj.jpowersources,2002,110:578nishidaa,nakanek,satoht.synthesisandpropertiesofgallium-dopedlinio2asthecathodematerialforlithiumsecondarybatterieslj1.jpowersources,1997,68:5619叶乃清,等.锂离子电池正极材料linia102的合成及表征i-j.电池,2004,34(4):2381o