《利用铜-季戊四醇纳米复合材料进行可再生能源利用的强化热能存储》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2020-09-16
  • 季戊四醇是一种固-固相变焓高(260-280 kJ/kg)、导热系数低(0.2-0.7 W/mK)的固-固相变材料。因此,提高季戊四醇的导热性势在必行。研究了使用纳米铜作为季戊四醇的添加剂,从而发展了铜-季戊四醇复合材料。关键自变量(纳米铜粒子浓度= 0-0.25 wt%;研究了温度= 40-180℃对铜-季戊四醇复合材料热物理性质(导热系数和固-固相变焓)的影响。导热系数的测量采用瞬态平面源法,固-固相变比热和焓的测量采用差示扫描量热法。铜-季戊四醇复合材料的导热系数比纯季戊四醇高,这可能与声子传导和纳米粒子聚簇有关。含0.0625 wt%铜纳米颗粒的复合材料在不损失焓的情况下,热导率提高14-22.5%。这使得固-固相变完成时间缩短了35.8%,热能吸收率提高了35.6%。

相关报告
  • 《纤维素纳米材料和可再生能源的储存能力》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2020-04-02
    • 在用纳米材料讨论聚合物的应用时,许多人自然而然地会想到合成聚合物。然而,有一系列的天然高分子材料具有非常好的性能,通常比合成聚合物更适合某些应用。 一种主要的天然聚合物是纤维素,由于它是在植物和树木的细胞壁中发现的,所以在地球上大量存在。纤维素是一种直链聚合物组成的,成千上万的葡萄糖分子通过β在一起(1 - 4)糖苷键,与整体的化学公式(C6H10O5) n。它是一种天然的聚合物,在不同的行业都很有名,也很好用。 纤维素作为一种纳米材料 除了是一种常见的天然聚合物外,它也是一种以纳米形式存在的聚合物。它被称为纳米纤维素,它与其他任何纳米尺寸的聚合物一样,在纳米水平上是一种纤维素材料,但实际上存在许多不同类型的纳米纤维素。主要类型包括纤维素纳米晶体(CNCs)和纤维素纳米纤维(CNFs),这两种材料都可以在市场上买到。 纳米纤维素具有一系列特性,使其成为一种有用的材料,包括透明、导电、具有高抗拉强度和高度可调,因为其表面易于功能化(使纳米纤维素成为许多不同应用的可行选择)。 此外,它的生物特性、产品的丰富性和大规模生产的便利性使它成为许多合成聚合物的低成本和更环保的替代品。 能量存储中的纳米纤维素 纳米纤维素是一种商业上可用的材料。其最显著的应用是作为传统包装材料的生物和环保替代品的食品包装,但它也出现在一系列的应用。目前正在研究的一个是它在能源存储应用中的使用。 超薄能量储存 纳米纤维素可以用来制造超薄设备,这种设备能够以只有少数几种选择的方法才能实现的方式存储能量。虽然这些设备的容量可能不像其他设备那样高,但纳米纤维素的使用有助于提高可再生能源的存储能力,因为它打开了可能不可能的区域。因此,纳米纤维素可以作为一个完整的区域来提高整体的储能能力。 有许多不同的设备已经被制造出来,它们属于这个领域。从利用纳米纤维素纤维特性的一维器件到三维混合网络,这些器件都有。 具体的例子有嵌入多孔碳材料作为可穿戴超级电容器的一维纳米纤维素大纤维,以及包覆碳纳米管作为电解液储层的一维大纤维。 在二维方面,例如在纸电池和超级电容器中使用纳米纤维素作为二维材料(如石墨烯和六方氮化硼)的衬底材料,以及在纸质设备中使用纳米纤维素作为分隔膜。 在三维结构方面,纳米纤维素已经被用于储能设备的各个部分,以改善设备的电化学性能,包括电极、电流收集器和隔膜,这是最常见的几个例子。 液流电池 最新的一项研究来自东北大学,他们利用纤维素衍生的纳米材料作为流动电池的薄膜来储存来自太阳能和风能等可再生能源的能量。 流动电池是非常大的电池,它使用充满电解质的大罐来储存和产生电荷。虽然容器的大小是储存能量的关键,但有一个选择性的离子膜也是一个关键的组成部分,因为它促进了氢离子的运动,平衡了细胞两边形成的电荷。 然而,在流动电池中使用的许多膜很容易降解,导致电解质溶液混合,降低电池的稳定性和容量在很长一段时间内。 与目前市场上使用的大多数材料相比,纳米电池材料可能是一种更好的膜材料。在这方面的最新研究使用了与聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVDF-HFP)复合的CNC纳米纤维素。 结果是一种对电解质高度疏水的膜,这意味着它在很长一段时间内更加稳定。这意味着电池的容量可以随着时间的推移而提高,因为电池的效率可以延长使用寿命。 由于膜内的羟基和酸性磺酸基,膜具有较高的质子电导率。使用该膜的电池还被发现具有很高的库仑效率、电流密度和能源效率,并且可以以现有Nafion膜成本的一小部分来存储可再生能源。 由于丰富的材料和可扩展的技术的发展,这些膜也可以用于复杂的电网,可以容纳来自可再生和不可再生能源的能源。
  • 《白热块能作为可再生能源的存储方式吗?》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-12-03
    • 未来5年内,运营一家燃煤或天然气电厂要比建造风电或太阳能电厂贵得多。实际上,彭博新能源财经的一项新研究表明,在世界上大多数地区,建造一座新的太阳能电厂已经比运营一家燃煤和天然气电厂便宜了。 但要想完全转向间歇性能源,迫切需要低成本、可靠的、随处可建的能源存储设施。一些初创公司认为答案就藏在利用电力将烤面包机线圈加热到高温这一过程中。 加州森尼维尔市的Antora Energy公司想用碳块来进行热能存储,而波士顿的电气化热解决方案公司(Electrified Thermal Solutions)则在寻求资金用导电陶瓷块来建造类似系统。他们的愿景十分相似,都是使用多余的可能再生电力来将热块加热到1500℃以上,然后在电网需要时再将其转化为电力。 为了降低如今支持风能和太阳能的天然气电厂的成本,能源存储的成本必须达到约10美元/千瓦时。每个创业公司都表示它的热系统能够实现这一价格。如今锂离子电池的价格约为140美元/千瓦时,麻省理工学院的经济学者最近发布的一项研究表明,锂离子电池的价格可在几年内降到100美元/千瓦时以下,100美元/千瓦时正是展现出优于化石燃料竞争力的价格。 Antora的联合创始人兼首席科学官贾斯汀•布里格斯(Justin Briggs)说,为了实现该目标,他与2018年一起创办该公司的大卫•比尔曼(David Bierman)和安德鲁•波内克(Andrew Ponec)考虑了几种能源存储技术。其中包括当前占主导地位的抽水储能(将水抽到较高位置,在水回落时转动涡轮机),以及类似的新型重力储能方法(举起35吨重的物体,然后让其坠落)。 最终,加热碳块凭借高能量密度、低成本、高扩展性以及简单易行胜出。其能量密度为每立方米几百千瓦时,与锂离子电池相当,比抽水储能和重力储能高出几百倍,而且后两者还“需要被山隔开的两个水库或像摩天大楼那么大的物块架” ,布里格斯说。 Antora使用的是炼钢炉和铝厂作为电极的石墨块。布里格斯说:“(其)产量已经达到了1亿吨,我们可以接入这一供应链。”布里格斯设想的石墨块尺寸与宿舍用冰箱差不多,这种冰箱通常采用模块单元封装,外面用一般工业绝缘材料包裹。 “用电将其加热后,真正的问题在于如何重新转化热量。” 布里格斯说。用热量驱动涡轮机是一个选择。不过Antora选择了热光伏,一种类似太阳能电池的设备,其可将炽热碳块所发出的红外辐射和光转换为电能。大规模生产时,这种半导体设备的价格会显著下降,其每瓦的成本比涡轮机低。此外,与规模越大、效果越好的涡轮机不同,热光伏无论规模大小,表现都很优异。 热光伏已经出现了几十年,但Antora还是开发了一种新系统。该公司的顾问理查德•斯旺森(Richard Swanson)在20世纪70年代末期就是该技术的早期开拓者。之前,这种设备将热转换为电的效率一直只有20%多,直到2020年,Antora团队创造了一个转换效率超过30%的世界纪录。该公司的方法是,用高性能的III-V价半导体代替硅,还采用了不会穿过半导体而导致能量损失的低能量红外光等设计。Antora在半导体后面放置一个反光镜,将红外线反射回石墨块,实现热回收。 这种技术已经流行起来了。Antora获得了来自美国国防部高级研究计划局(ARPA-E)的早期投资,并成为2017年Activate创业基金项目的成员。此外,该公司还获选加入了由美国政府机构国家可再生能源实验室(NREL)管理的壳牌创新制胜加速器(Shell GameChanger Accelerator)项目。最近,该公司获得了风险投资人和加州能源委员会的资助来扩大技术规模,并将于2022年为一位神秘客户建造一个试验系统。 2020年成立的电气化热解决方案公司是2021年Activate项目的一员,该公司采取的方法略微不同。该公司的联合创始人乔伊•卡贝尔(Joey Kabel)和丹尼尔•斯塔克(Daniel Stack)选择用陶瓷块作为热存储介质。尤其值得注意的是,他们选择的是目前用于在炼钢厂捕获废热的蜂巢陶瓷块。由于陶瓷不导电,因此在陶瓷块中进行掺杂,使其导电,并用电加热到2 000℃。 斯塔克说,他们计划为这种存储热能开拓一个广阔的市场。他们可以用它驱动燃气涡轮机发电,或用于其他高温工艺,例如水泥生产和炼钢等。 这两家公司目前还在致力于解决一些技术问题,例如避免陶瓷随时间氧化或蒸发。该系统的最终寿命将为20年以上,这是超越电池的另一项优势。卡贝尔说,他们现在正在建造台式原型机,最终全尺寸系统的外形将与大型谷仓相当,每立方米能够存储600千瓦时电力,这与Antora的能量密度相当。 这两家公司都需要几年时间才能建造出全尺寸装置。如果能证明自己,其中一家或两家公司将为21世纪电网的高成本效益存储技术铺平道路。“我们想用可再生热系统取代燃烧过程,实现工业和发电部门脱碳。”斯塔克说。