广东工业大学罗向龙团队研究成果：三水醋酸钠定形复合相变材料制备及性能研究
引言：
储热技术作为降低建筑能源需求和促进可再生能源消纳的关键技术，其中潜热储热因具有高储能密度和优异的重复性、可控性而备受关注。三水醋酸钠（SAT）作为一种典型的水合无机盐相变材料，因其高相变焓值和低成本的优点，在热水和采暖领域有广泛应用前景。然而，SAT存在过冷度大、易相分离和循环稳定性差等问题，限制了其实际应用。因此，本研究旨在通过改性手段提升SAT的性能，并探索其高效封装方法。
1研究背景
传统无机PCMs如SAT，虽然具有较高的导热率和相变焓值，但过冷度大、易相分离和循环稳定性差等问题突出。纳米颗粒和水合盐作为成核剂虽能减小过冷度，但存在团聚沉降和效果不稳定的问题。此外，SAT在实际应用中还存在液相泄露的问题，传统封装方法如宏观封装和微观封装技术均存在局限性。因此，开发稳定高效的成核剂和封装技术成为SAT应用的关键。文章基于广东工业大学罗向龙教授团队研究成果及国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目资助。 2、创新亮点 （1）成核剂与增稠剂组合创新：本研究首次采用无水钨酸钠（ST）作为成核剂，配合可得然胶（CUR）作为增稠剂和聚甲基丙烯酸钠（Na-PMAA）作为结晶调节剂，显著降低了SAT的过冷度并抑制了相分离。 （2）封装技术创新：引入碳纳米管（CNTs）和紫外光固化技术，将SAT封装在聚氨酯丙烯酸酯（PUA）中，制备出形状稳定的相变蓄热单元，有效解决了相变过程中的泄露问题。 （3）循环稳定性显著提升：通过400次充/放热循环实验，验证了改性SAT复合材料的优异循环稳定性，焓值损失率仅为0.4%。 （4）多维度性能表征：综合运用差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）和导热系数仪等多种手段，全面表征了改性SAT复合材料的热性能和结构特征。 3、图文展示 图1 添加不同成核剂的CPCMs的步冷曲线 Fig.1 Step cooling curves of CPCMs adding different nucleating agent 图2 不同质量分数ST的CPCMs的步冷曲线 Fig.2 Step cooling curves of CPCMs adding different mass fraction ST 图3 添加2.02%（质量分数）ST的CPCMs400次循环内的熔融曲线 Fig.3 DSC curves of melting progress of CPCMs adding 2.02wt%ST within 400 cycles 图4 CPCMs与SAT的XRD图谱 Fig.4 XRD patterns of CPCMs and SAT 图5 CPCMs与SAT的XRD傅里叶变换红外光谱图 Fig.5 FT-IR spectra of CPCMs and SAT 图8 不同CPCMs@CNTs比例的蓄热单元材料泄露情况 Fig.8 Materials leakage of heat storage unit with different ratios of CPCMs 图11 相变蓄热单元表面红外热成像图 Fig.11 Infrared thermal imaging diagram of surface of phase change thermal storage 图12 相变蓄热单元表面温度曲线 Fig.12 Surface temperature curves of phase change thermal storage unit 4、结论 （1）成核剂效果显著：ST作为成核剂能有效降低SAT的过冷度至0.6 ℃，且2.02%（质量分数）为最优添加比例。同时，CUR和Na-PMAA的协同作用显著抑制了相分离。 （2）循环稳定性优异：改性后的SAT复合材料在400次充/放热循环后，焓值损失率仅为0.4%，显示出极高的循环稳定性。 （3）封装技术有效：通过紫外光固化技术封装的相变蓄热单元，在65 ℃恒温加热下无材料泄露，且导热系数达到0.2288 W/(m·K)，显著提升了材料的光热转换能力。 （4）最佳配比确定：综合考量热性能和材料稳定性，确定40%（质量分数）CPCMs@CNTs且不添加EG的样品为相变蓄热单元的最佳配比，实现了高效光热转换和储热能力。 引用本文 文章发表于《功能材料》2025年第56卷第6期，欢迎引用本文： 刘俊杰,盛鑫鑫,陈健勇,陈颖,等.三水醋酸钠定形复合相变材料制备及性能研究[J].功能材料，2025,56(6):06022-06029. Liu J J,Sheng X X,Chen J Y,et al.Preparation and performance study of sodium acetate trihydrate shape-stabilized composite phase change materials[J].Journal of Functional Materials,2025,56(6):06022-06029.