基于可逆热致变色的动态体吸收太阳能光热存储相变材料

袁梦迪, 刘陈煦, 徐超, 廖志荣, 叶锋, 刘顺凯 （华北电力大学能源动力与机械工程学院）

摘要：相变材料(phase change material, PCM)有望解决热能储存和热管理等方面的问题. 然而, 随着瞬态熔体前沿远离热源, 其能量密度和功率密度逐渐降低. 在太阳能直接热利用过程中, 传统充热的完成完全依赖于PCM本身的热扩散过程, 低热导限制了PCM的充热速率. 本文提出了基于可逆热致变色特性的动态相变材料(dynamicphase change material, Dyn PCM), 可以自动控制光热界面位移紧跟熔体前沿, 使相变材料在光热转换中的充热速率不受材料自身热导率限制. Dyn PCM由热致变色剂和主体PCM两部分组成, 热致变色剂以2-苯氨基-3-甲基-6-二丁氨基荧烷作为供电子体, 2,2-双(4-羟苯基)丙烷作为受电子体及4-苄氧基苯基乙基葵酸酯作为溶剂成功实现无色-黑色的变换. 主体PCM以石蜡为例, 其中含83.3 wt.%石蜡含量的Dyn PCM5潜热为154.38 kJ/kg, 仅比石蜡降低6.6%, 其透明态表现出与石蜡接近的透射率为91.2%. 对比表明, Dyn PCM5的充热速率比石蜡提升了260%.经80次循环后, Dyn PCM的基团未发生改变, 充放热性能及透射率稳定性优异, 仍具有良好的可逆的变色及充热能力. 因此, 本研究提出的热致变色复合Dyn PCM5是一种有前景的太阳能储热材料, 可进一步运用在太阳能直接吸热过程中.

关键词：动态相变材料, 熔体前沿, 热致变色, 相变储热, 太阳能