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太阳能光热利用技术以其生命周期长、碳排放量低、发电成本低、与现有电网匹配性好等优势已成为当今能源领域的研究热点。而太阳能具有间歇性和不稳定性,需要集成大规模储热系统实现能量的连续输出,从而提升其与电网的匹配性。作为储热介质的核心材料之一,硝酸盐因其成本低、相变潜热大、工作温度范围广、热性能稳定、原料易得等优点,在太阳能热利用及中高温储能领域具有十分广阔的应用前景。然而硝酸盐作为相变储热介质存在液态腐蚀性强、热导率低等问题,严重制约其工业化应用。针对上述问题,本文选择二元共晶硝酸盐Ca（NO3）2-NaNO3（摩尔比为3:7、熔点217.6℃）作为相变材料,以导热性能优良、片层空腔结构丰富的膨胀石墨（Expanded graphite,EG）作为支撑材料,制备了防泄漏、高导热的多功能定型复合相变储热材料。首先,通过改进之后的熔渗法、冷压成型和烧结法成功制备出性能良好、适合应用在中高温储热领域的Ca（NO3）2-NaNO3/EG定型复合相变储热材料。通过X射线衍射仪（XRD）、N2吸附-脱附测试设备、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TGA）、热常数分析仪（HOTDISK）及热循环仪等各种实验测试手段比较了不同组分配比下所得定型复合相变材料的宏观形貌、微观结构及材料的热物性。结果表明:所制备定型复合相变储热材料中的膨胀石墨与硝酸钙、硝酸钠之间具有良好的化学相容性。当膨胀石墨质量含量为7 wt%时,所得定型复合相变储热材料成型性能好、高温下无液态硝酸盐泄漏。此外,与二元共晶硝酸盐的热导率相比,定型复合相变储热材料的热导率提高了7.3倍,这归功于膨胀石墨片层与片层之间形成了网络状高效导热通道。然而,所得定型复合相变储热材料的潜热测量值小于理论值,这意味着二元共晶硝酸盐的潜热在制备过程中存在部分损失。另一方面,经过500次冷热循环后,定型复合相变储热材料潜热下降的幅度小于2%,500次循环前后定型复合相变储热材料熔化温度和凝固温度的变化量都小于1.5%,表明所制备的定型复合相变储热材料具有良好的循环稳定性。以上结论表明所制备的定型复合相变储热材料在蓄/放热过程中无需容器封装、制备工艺简单、可重复性好,适合大规模工业化生产。其次,为研究微米级膨胀石墨和纳米级硝酸盐跨尺度混合形成的定型复合相变储热材料结构与制备过程的关系,同时探讨定型复合相变储热材料内部微观结构与储热性能之间的构效关系,最终实现对现有储热材料性能的调控及优化。有针对性地研究了硝酸钙与硝酸钠配比以及制备工艺对定型复合相变储热材料结构及储热性能的影响,首先采用控制变量法制备了三类相变材料:由5组不同摩尔配比组成的二元混合硝酸盐xCa（NO3）2-NaNO3/EG、微纳复合相变储热材料以及微纳定型复合相变储热材料。结果表明松散的颗粒状复合相变储热材料,在经过冷压成型、烧结可以得到堆积紧密的定型复合相变储热材料。在定型储热材料内部,膨胀石墨片层与片层相互接触形成网络状拓扑结构,二元硝酸盐颗粒镶嵌、聚集在膨胀石墨片层空腔结构中,导致硝酸钙晶体的生长受到抑制。因此,定型复合相变材料的熔化/凝固曲线具有两个不规则的相变峰:固-固转变峰和固-液转变峰,相变潜热比理论值降低21-23%。另一方面,与相对应的复合相变储热材料相比,定型复合相变材料的热导率从1.56-1.9 W·m-1·K-1增加到5.02-6.27 W·m-1·K-1,提高了 2.5倍。以上结果表明,冷压成型+烧结法使定型复合相变材料堆积密度变大,单位体积储能密度增大,膨胀石墨片层与片层之间堆积紧密、有效接触增多形成网络状快速导热通道。然而,膨胀石墨具有各项异性结构,为研究定型复合相变储热材料内部各项异性结构和各向异性传热特性,制备了多组冷压成型压力不同的薄立方体状定型复合相变储热材料。同时针对不同堆积密度及测量温度对材料比热容、各项异性热导率及热扩散率的影响进行了深入研究与探讨。最后基于已有结果和理论,对定型复合相变材料的各向异性有效导热系数进行模型预测。结果表明当冷压成型压力为4 MPa时,定型复合相变材料热导率和热扩散率表现为各向异性,而增大冷压成型压力使定型复合相变材料的结构和热导率及热扩散率更趋向于各向异性;室温下,当冷压成型压力从4 MPa增大到20 MPa时,轴向导热系数从4.016 W·m-1·K-1提高到7.694 W·m-1·K-1,径向导热系数从4.040 W·m-1·K-1提高到5.645 W·m-1K-1,导热系数各向异性因子（λa/λr）从0.994提高到1.363。与冷压成型压力相比,温度对定型复合相变储热材料的热导率影响很小,可以忽略不计。除此之外,轴向有效导热系数和径向有效导热系数的测量结果分别与Maxwell-Eucken模型和Modified Parallel模型的计算结果相吻合,证明了两种模型对于拥有此类各向异性结构的定型复合相变材料导热系数预测的适用性。最后,基于二维数值模型,对垂直放置的套管式相变蓄热器的蓄热过程进行了研究,具体研究了不同热流体进口温度和流速对填充二元共晶硝酸盐以及定型复合相变储热材料的套管式相变蓄热器蓄热过程的影响。此外,将填充定型复合相变材料的套管式相变蓄热器的蓄热过程同时与填充二元共晶硝酸盐、填充复合相变材料的套管式相变蓄热器的蓄热过程进行比较。结果表明,拥有高热导率的定型复合相变储热材料在套管式相变蓄热器中蓄热效果最好,不仅蓄热速度快、蓄热器平均功率也高。