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祝贺翟兰兰老师和邹超老师指导的研究生孙希萍在Renewable Energy上发表论文编辑日期:2021-03-11 作者: 阅读次数:[关 闭]

标题(中文):PEG原位包覆三维纳米TiO2制备形状稳定的复合相变材料PEG@TiO2用于热能储存

标题(英文):Shape-stabilized composite phase change material PEG@TiO2 through in situ encapsulation of PEG into 3D nanoporous TiO2 for thermal energy storage

刊物名称及期号、页码:Renewable Energy, 2021, 170, 27-37.

作者姓名(中文):孙希萍 ,易蒙蒙,冯冰,刘若望,孙丽娟,翟兰兰*,曹宏伟,邹超**

作者姓名(英文):Xiping Sun a , Mengmeng Yi a , Bing Feng a , Ruowang Liu a , Lijuan Sun a , Lanlan Zhai a,* , Hongwei Cao b , Chao Zou a,**

摘要(英文):To synthesize PEG@TiO2 with excellent energy storage properties, polyethylene glycol (PEG) was in situ encapsulated for the first time into the pores of three-dimensional (3D) porous TiO2. PEG was surrounded by the hydrolysable precursor of TiO2 and wrapped in the pores of 3D nanoporous TiO2 skeleton after the hydrolysis and condensation of the precursor, which was utterly different from that PEG was passively absorbed into the pores through physical impregnation method adopted by the present references. The 3D TiO2 framework provided excellent shape stability and inhibited the outleakage of the melted PEG. The weight percentage of the encapsulated PEG was approximately 92 wt% of PEG@TiO2 composite. The phase transition enthalpies of the crystallization and melting processes of the composite were 147.1 J/g and 153.3 J/g, which approached those of the pure PEG. Besides, the thermal conductivity value of PEG@TiO2 was 0.39 W/(mK), about 26% enhancement compared with that of pure PEG. The enthalpies of crystallization and melting processes decreased only by 0.1% and 0.2% after 100 thermal cycles. This study revealed that PEG@TiO2 composite exhibited unique energy storage properties such as energy storage capability, thermal stability, thermal reliability and thermal conductivity.

研究现状:

鉴于化石燃料的能源消耗会对环境和人类健康产生许多负面影响,因此我们有必要重视现代社会能源消耗的合理路径。热能储存是合理消耗能源的一个重要领域。近年来,人们越来越关注高密度潜热储能的固液相变材料(PCM)。人们通常将PCM封装在无机支撑材料中,用于制备形状稳定的复合PCM(ss-CPCM),该ss-CPCM已开发用于能量存储和常规应用中的各种应用。在相变过程中,无机支撑材料可以防止熔融的PCM渗漏,并易于处理PCM。同时,无机基质也可以提高ss-CPCM的热导率。

三维纳米多孔PEG/TiO2相变储能材料制备过程及性能表征

人们将PCM嵌入到3D多孔材料中,获得的ss-CPCM具有很好的储能性能,包括储能能力和热导率。然而,合成3D多孔支撑材料的过程非常复杂,因此需要消耗大量的能量和时间。并且该制剂也需要严格的反应条件,如高温(500-1800℃)或低温(-196℃)和特定的设备。通常将3D支撑材料或相变材料作出修饰,以确保具有强大的毛细管饱和吸附力。运用摇动,剧烈搅拌和超声处理等这几种处理方法将PCM推进到支撑材料的孔中。尽管研究人员已采用多种方式来修饰3D多孔支架的结构和表面性质,但部分修饰可能无法从根本上调节多孔微结构的特性和吸收能力。由于嵌入的PCM量基本上取决于其多孔特征(包括形态,微观结构,孔径和比表面积),因此通过被动吸收制备的ss-CPCM仍然只具有有限的储热能力。如今,许多应用中都会用到PEG/TiO2的复合物,因为该复合物具有较高的化学稳定性,低成本和无毒性。由于PEG是具有高潜热容量的高度生物相容性聚合物,因此PEG@TiO2ss-CPCM在空调,纺织品,食品和废热回收等能源转换和节约领域中具有多种应用潜力。

创新点:

在这项工作中,我们首先提出了一种非常简便和创新的方法来制备具有很好的储能性能的3D纳米多孔PEG/TiO2 ss-CPCM材料。该方法是在前体水解和缩凝三维多孔TiO2支架形成期间,将PEG原位封装到TiO2的孔中。与通过物理浸渍将PEG被动吸收到3D多孔支撑材料中的方法相反,PEG原位包装具有省时和节能的优点,无需进行任何预处理或修饰即可增强支撑材料的吸收能力。前期研究表明,PEG通过水解和缩聚的溶胶-凝胶过程被密封在无机壳中。然而,尚未有研究人员报道通过原位封装制备的PEG 3D多孔材料。因此,我们将PEG原位密封在3D纳米多孔TiO2中,以制备具有优异的储能性能的材料,例如高的储能能力和优异的导热性的PEG@TiO2 ss-CPCM。我们通过使用该方法,在不考虑毛细管力的情况下,通过优化多孔TiO2的合成条件,可以尽可能多地包覆PEG。


原文链接:https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.01.114

 


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