随着时代的发展,能源短缺、环境污染等问题已经成为全球关注的焦点。在现代社会中,新技术不断涌现。储能作为一种重要的可再生能源已被广泛应用于工业和民用领域。随着储能装置应用范围扩大以及其对生活所带来便利性后碳材料得到了更多研究与开发并广泛应用;由于我国目前对于新型保温蓄热材料发展缓慢,储能应用领域狭窄,因此对气凝胶的研究迫在眉睫,但目前国内外对于气凝胶材料及热工参数与温度场关系方面尚缺乏理论分析和计算。
1.气凝胶保温绝热材料概要
气凝胶保温材料的发展历史、结构组成和应用前景。对现有文献中与气凝胶保热技术相关内容进行归纳总结,提出其在实际工程领域具有可行性,并结合实验室实验数据及数值模拟分析得出结论:该研究以氢气为唯一碳源所带来的温室效应、热量损失等问题得到解决方法;储能系统中温度场是影响电池性能最重要因素之一。同时也为气凝胶保温材料和储能应用做了必要性研究。储能技术随着时代的发展也在不断进步,其中气凝胶保温材料因其价格低廉、耐候性好等优点而备受关注。
气凝胶的制备方法主要有三种:化学气凝胶法、热熔共混制备和液体自乳化制取。其中液相蒸发压裂技术是目前应用最广泛的一种。该储能装置中使用最多的是液-固混合,它具有安全无污染,结构简单,操作方便等优点被广泛应用在实际工程项目当中;热熔共混制备技术是以液固混合为基础,采用气凝胶作为储能装置,通过将液态的水加热到200℃并在常温下冷却至室温后得到所需气化产品。该工艺具有安全无污染、成本低等优点。
2.储能电池及储能场景概要
储能电池是一种将化学能转换成电能的设备,它具有能量密度高、循环使用寿命长和可广泛应用于大功率及高温下工作等优点。在我国,气凝胶材料主要是以聚乙烯醇为原料的,但由于其价格昂贵、储能容量小等缺点限制了它在实际生活中的应用。它的出现使气凝胶在储能领域得到了极大的发展,它不仅解决了目前常见环境中的一些问题,而且对提高能源利用率、减少温室效应等都具有重要意义。促进了储能技术的发展。
储能场景是指将储能单元(如气凝胶、碳纳米管和绝缘子等)作为储存装置的载体,通过合理设计,实现能源高效利用以及提高能量转换效率。它的出现是储能领域在能源利用率和能量转换效率上取得的突破性进展。促进了储能技术的进一步发展,同时也使得我们对未来能源利用率和可再生能源开发提供了新思路,因此研究气凝胶、碳纳米管以及它们与复合材料等多种新型保温材料是目前最为迫切且重要的。
3.国内外发展趋势与现状
国内发展趋势是逐步向节能减排方向发展,而储能作为一种新的能源,在实际应用中具有巨大潜力。目前常用气凝胶材料主要有聚苯乙烯、碳纤维等。其中碳纤维具有高导热性、耐候性能好等优点,可广泛应用于储能领域。目前国内正在朝向环保绿色的大方向发展,对环境友好型材料进行研究,储能技术也将朝着节能、高效和可持续等方面转变。
国外发展趋势较好的气凝胶保温材料是由硅藻土和多糖聚合物制成,该相属于碳酸盐纤维,但由于其抗压强度高,耐候性强等优点而备受关注。近年来国外科学家在储能领域进行了大量研究工作。我国学者也对气凝胶做了很多方面实验分析:聚乙烯醇、聚丙烯酸酯及含羟基的甲醛与苯酐/3-丁二烯共混物作为聚合物体系中主要成分;在不同温度下以PAF复合得到保温材料,以聚丙烯酸酯为基质,在不同温度下通过热处理得到气凝胶保温材料,并与碳纤维复合制备成新型的储能电池组。实验结果表明:用聚乙烯醇作为填料时其导电率较低、比电容较大;当升压过程中随着降压器和大气压力升高使聚合物表面张力下降速度加快及体积变化增大等因素都会导致聚合物在不同温度下发生吸热现象,从而降低了保温效果以及延长气凝胶寿命。
气凝胶保温绝热材料与储能电池及储能场景应用的发展现状和应用前景,在国内外都有很大的研究进展,但随着气凝胶保温材料与储能领域发展越来越迅速。促进了气凝胶保温材料与储能应用领域的研究,为其在建筑、交通等方面的应用提供了技术支撑。为以后的气凝胶保温材料与储能应用技术的研究打下基础。同时促进了社会的可持续发展,促进了社会与经济的健康、稳定和协调。
4.气凝胶保温材料储能的影响及主要影响参数
气凝胶保温材料储能的影响因素有很多,其中温度、湿度和气流速度对气凝胶保温材料的影响最大。为了避免外界因素对气凝胶保温材料储能的影响,必须选择合适的气凝胶组成和组元结构。从而保证气凝胶在储存过程中不会出现脆性损坏,提高储能系统的使用寿命。
主要影响参数有气凝胶的温度和压力,其中储能特性是影响气凝胶热容量、保温效率及应用效果最重要因素。对此应该进行以下研究:气凝胶的导热系数和比容会随储能温度、压力等因素而发生变化,进而对储能效率产生影响,同时,不同工况条件下所形成的结构也有所不同。储能装置是气凝胶热容量最大的部分,在实际应用中,应根据不同工况下对能量密度、比容和保温效率等方面选择合适的储能材料。
5.气凝胶储能电池的安全理论
气凝胶是一种多孔碳,它的化学结构与其他材料不同,其具有高导热性、低密度及优异的耐候性能。在高温环境下工作时储能系统中存在着大量气体气体。而目前我国对于气凝胶储能技术还未达到成熟阶段导致现在很多储能源电池出现事故时有发生且对人们生命财产有重大威胁;另一方面也是由于国内没有针对该领域深入研究和探索气凝胶与复合材料,所以目前气凝胶储能领域研究的重点仍然是在大型工程中使用,而对于中小型工程应用较少,因此对我国气凝胶保温材料及复合型能源电池研制具有重要意义。
5.1储能电池安全影响因素
储能电池是用于发电的装置,其安全与否直接影响着设备使用寿命、安全性。目前,储能电池在实际应用中存在着许多问题,如:成本高、容量有限等。
5.2气凝胶储能的安全措施
气凝胶是目前应用最广泛的一种储能方式。它具有无毒、低密度等优点,在高温或低温下不影响储存过程。然而由于其自身热膨胀系数小和温度敏感性差而引起了人们对该方面研究领域关注度不足。
5.3储能设备的安全性
气凝胶是一种新型的储能装置,其应用范围十分广泛,主要用于石油、天然气等燃料。目前国内已开发出了一些储能系统。但由于我国对气凝胶材料和储存技术研究不够深入导致安全事故频发。所以我们应该从多方面研究气凝胶材料和储能装置,并将其应用在实际生产中。从而达到安全高效的储存能量和充分利用能源,降低能耗,节约成本。
6.结束语
气凝胶保温绝热材料与储能电池及储能场景应用安全研究对未来的发展有重要意义。气凝胶保温材料与储能场景应用研究的安全问题主要包括:(1)火灾发生前,对环境因素进行分析,并根据相关资料得出结论。通过现场实验表明碳纤维复合绝热材料在火源处起火时温度较高且容易熄灭、但当其燃烧结束后不能完全释放出热量会导致大量能量损失和浪费;(2)气凝胶保温层内易产生积聚现象以及储能过程的耗散问题。为了气凝胶更好的发展,储能电池的性能也需要得到更多改进。
参考文献：
[1]袁登森;生物质碳气凝胶的制备及其油水分离性能研究[D];江苏大学;2019年.
[2]臧君娇;纤维素碳气凝胶材料的制备及其性能[D];东北林业大学;2020年.