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能源是现代文明的三大支柱之一,制约着国家的经济、科学技术的发展。目前,世界各国能源消耗不断上升,但是其利用率却不高,存在着很大的浪费,使得能源的供给渐趋紧张,有枯竭的危险。以石油和煤为主的能源消耗给生态环境带来越来越严重的污染。因此世界各国把研究开发新的清洁能源,高效而经济地利用能源资源和能量的存储再生作为关系到国计民生的大问题。这些都促进了储能研究的兴起和迅速发展,如何开发新型的、高效能源已成为世界各国的研究热点之一。 相变储能材料是利用相变将太阳能、地热能和余热能吸收存储,在适当的条件下再释放出来的一种储能材料。它在工业、农业、纺织、建筑等领域中有极其广阔的应用前景。该研究在欧美等国家七十年代已经开始,国内八十年代也开始进行初步研究。国内外已经对含水盐等相变储能物质进行了广泛的研究并作为建材芯体尝试应用,但因这类物质过冷严重、易发生相分离、储能性能易衰退等缺点而无法广泛应用。脂肪酸、石蜡、聚乙二醇等固-液相变储能物质具有完全熔融、过冷程度小、无相分离、价格便宜等优点,有着广泛的应用前景。国内外己研究并尝试向实用转化。而以多元醇、层状钙钛矿为代表的固-固相变储能物质是新型的储能物质,较好地克服了以往相变储能物质的缺点,具有转变温度低、转变热大、体积变化小、过冷程度轻、不泄漏、不分层、寿命长等优点而日益受到人们的青睐。 本论文选择了具有技术和经济潜力的固-固相变储能材料—有机金属化合物作为研究对象,其通式为(n-CnH2n+1NH3)2MX4,对其纯物质及其二元体系的储热性能进行了系统的研究,为选择合适的储能材料提供理论依据;绘制了其二元体系的相图,为实际应用提供有价值的参考;并对其进行了动力学的研究,探讨了其固-固相变的活化能与结构的关系。 第一部分的工作是首先制备了一系列的有机金属化合物CnMnCl(n=12,14,16),CnZnCl(n=14,18)并配制了不同组分的C12MnCl/C14MnCl,C12MnCl/C16Mnel,el4znCI/elsznel三个二元体系,采用元素分析和红外光谱技术对纯样进行了表征。然后对其结构和相变机理进行了分析,以便更深入的探究不同有机金属化合物热参数的异同。 第二部分的工作是采用差示扫描量热法(DSC)对纯样及有机金属化合物二元体系的储热性能进行了详细的研究。结果表明,纯样及其二元体系均具有优良的储热性能:转变焙高、不挥发、过冷程度轻、使用寿命长等优点,而且二元体系的相转变温度变宽,比纯样有所降低,更适用于低温储热。 第三部分的工作主要是对两个CnMnCI,CnZnCI二元体系的相图进行实验绘制。利用三种测量手段: (l)热分析,以得到组成和转变温度的关系。 (2)X一射线衍射技术,用以确定不同组成的二元体系的相区。 (3)变温红外光谱的测试,即通过红外光谱中特征吸收峰随温度的变化,得到相转变温度区间,辅助绘制相图,并可探讨其相变机理。 研究表明这两个体系的相图属于同一类,均为有中间化合物生成的有最低共熔点的部分互溶体系相图。两组元的分子结构、大小等因素直接影响两组元的互溶度,因而对相图的形式形成影响。相图所提供的热力学信息对生产实践有指导意义。 第四部分的工作主要是测得不同升温速率下的CnMnCI(n一12,14,16)及不同组成的C12MnCI/C 14MnCI二元体系的DSC曲线,借助动力学方程Kissinger法和Ozawa法计算固一固相变过程的动力学参数一活化能(Ea)和反应级数(n),并分析比较两种动力学处理方法和计算结果。结果表明它们的固一固相变过程均为一级反应,所得计算结果中的活化能Ea的数值有一定的规律性:纯物质的活化能随链长的增加而升高;对于二元体系其固一固相变过程的活化能的变化规律与其相变过程的相变焙规律基本一致。从动力学角度讲,二元体系的相变较容易发生,所以在相同的条件下,可以优先考虑应用二元体系。