利用固-固马氏体相变实现高容量高功率热能存储
材料科学
2020-11-26 v1
摘要
在固-液相变热能存储模块中添加热导率增强材料以提高热功率，会牺牲体积能量密度，且通常使活性相变材料（PCM）的质量和体积减少一半以上。在本研究中，展示了一种使用高导热、固-固形状记忆合金构建热能存储模块的新概念，以消除这种权衡，并实现兼具高传热速率和高热容量的器件。对镍钛合金Ni50.28Ti49.36进行固溶热处理，并利用差示扫描量热法和氙闪法表征，以确定相变温度（78°C）、潜热（183 kJm⁻³）以及奥氏体和马氏体相的热导率（12.92/12.64 Wm⁻¹K⁻¹）。设计、制造并在热流体测试装置中测试了四个平行板热能存储演示器。其中包括基线显热加热模块（铝）、常规固-液PCM模块（铝/1-十八醇）、全固-固PCM模块（Ni50.28Ti49.36）以及复合固-固/固-液PCM模块（Ni50.28Ti49.36/1-十八醇）。通过使用高导热固-固PCM，并消除对封装和导热增强材料的需求，我们能够证明与传统方法相比，体积热容量提高1.73–3.38倍，功率密度提高2.03–3.21倍。这些实验结果得到解析模型的支持，以解释所观测的传热物理现象，并揭示热时间常数改善5.86倍。本工作展示了使用多功能形状记忆合金构建高容量高功率热能存储模块的能力，并为热能存储性能的跨越式提升打开了大门。
引用
@article{arxiv.2011.12339,
title = {High-Capacity High-Power Thermal Energy Storage Using Solid-Solid Martensitic Transformations},
author = {Darin J. Sharar and Asher C. Leff and Adam A. Wilson and Andrew Smith},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.12339},
year = {2020}
}
备注
35 pages, 9 figures, submitted pre-decisional