论文部分内容阅读
硝酸熔盐储能材料具有熔点低、温度范围宽、蒸汽压低、腐蚀性低、成本低等优点,是聚光式太阳能热发电（Concentrated Solar Power,CSP）系统中最佳的传蓄热工质。但其热导率较低,一定程度上限制了其对太阳能的利用效率,而一维碳纳米材料具有极佳的导热性能,且制备工艺成熟。因此本文选取四种不同的碳纳米管:单壁长碳纳米管（CNTA）、单壁短碳纳米管（CNTB）、多壁大直径碳纳米管（CNTC）和多壁小直径碳纳米管（CNTD）,引入到Solar salt（60wt%NaNO3+40wt%KNO3）硝酸熔盐体系中,以期得到具有高导热性能的储能材料,为新型传蓄热工质开发提供理论指导,促进太阳能光热发电产业的发展。本文利用差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TGA）、热导仪（TCA）、X射线粉末衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）和激光拉曼光谱仪（Raman）等手段对Solar-salt/CNTA体系（以下简称SSCNTA体系）、Solar-salt/CNTB体系（以下简称SSCNTB体系）、Solar-salt/CNTC体系（以下简称SSCNTC体系）和Solar-salt/CNTD体系（以下简称SSCNTD体系）进行了热物性研究和表征,具体研究内容及结果如下:1.复合材料的制备。采用多次混熔法制备SSCNTA体系和SSCNTB体系,获得掺杂单壁碳纳米管的Solar salt复合熔盐,采用单次混熔法制备SSCNTC体系和SSCNTD体系,获得掺杂多壁碳纳米管的Solar salt复合熔盐。2.复合材料的结构表征。利用XRD和XPS对复合材料进行了结构表征,发现复合材料的主体结构未被破坏,仍为硝酸钠和硝酸钾。引入SSCNTA体系和SSCNTB体系的单壁碳纳米管纯度较高,表面杂质基团含量较少。而引入SSCNTC和SSCNTD体系的原始多壁碳纳米管杂质较多,但经高温混熔后,杂质基团得到了净化,且碳纳米管的主体结构未被破坏。3.复合材料的热物性研究。向Solar salt引入这四类碳纳米管后,材料的熔点均有所降低,分解温度有所提高,使得熔盐的使用温度范围得到扩宽。对这四类体系在不同温度下进行热失重循环实验,也均能维持良好的热失重。随后进行了传蓄热性能的研究,采用DSC三步法对比热值进行了测定,发现这四类碳纳米管对Solar salt的比热值影响不大,未见有显著改善。采用瞬变平面热源法对熔融态下的材料热导率进行了测定,发现热导率均得到了显著的提高。SSCNTA体系中的热导率提高最多,提高了25.18%,达到0.5227 W/（m·K）,而SSCNTB体系的热导率提高了13.68%,达到0.4531 W/（m·K）。SSCNTC体系的热导率最高提高了16.65%,达到0.4692 W/（m·K）,而SSCNTD体系的热导率随掺杂量的增加出现了峰值点（SSCNTD3）,针对这一特殊现象,进一步对该体系做了Raman光谱表征,我们推测SSCNTD3中碳纳米管的分散最为均匀,导致硝酸根中N-O键强度降低最多,从而出现Raman红移现象。在该拐点处,热导率提高最多,提高了10.69%,达到0.4379 W/（m·K）。通过向Solar salt熔盐中引入这四类碳纳米管,熔盐的热物性能均有一定的改善,热导率亦有着显著的提升,有利于降低发电成本,有望提高太阳能光热发电中熔盐工质的工作效率。