砂岩复合氮化物基相变材料的创新设计及其在高效热能存储中的应用

本研究针对无机相变材料(PCM)导热性差、热稳定性不足等问题，创新性地将砂岩与LiNO3-NaNO3-NaCl三元盐体系复合，开发出热导率提升113%(0.46→0.98 W/m·K)、600次循环后储热容量仅衰减1.5%的复合相变材料(CPCM)，其热效率与?效率均达86%，成本降低9.09%，为可再生能源系统中的高效储热提供了经济环保的解决方案。

　　

随着全球能源结构向可再生能源转型，太阳能等间歇性能源的波动性问题日益凸显。相变储热技术(PCM)因其高能量密度和近乎恒温的储放热特性成为研究热点，但传统无机PCM存在导热系数低(普遍<0.5 W/m·K)、高温易分解、循环稳定性差等瓶颈。马来西亚理科大学的研究团队在《Materials Science in Semiconductor Processing》发表的研究中，创造性地将天然砂岩与LiNO₃-NaNO₃-NaCl三元盐体系复合，开发出兼具高导热性和超强稳定性的新型复合相变材料(CPCM)。

研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，通过热重分析(TGA)测定650℃高温下的质量损失，利用差示扫描量热法(DSC)测量96℃熔点/130℃凝固点及1250 J/kg·K比热容，并构建600次热循环实验评估性能衰减。扫描电镜(SEM)观察显示NaCl以晶体形态存在，NaNO₃呈现明亮斑点，材料密度达1700 kg/m³。

材料表征
XRD图谱证实复合材料保持晶体结构，砂岩的加入未破坏盐类晶格。TGA显示650℃下仅8%质量损失，远优于常规熔融盐PCM。DSC曲线揭示材料相变焓保持率达98.5%经过600次循环。

热性能提升
砂岩使热导率从0.46跃升至0.98 W/m·K，归因于砂岩的多孔结构形成高效导热网络。86%的热效率与?效率持平，表明能量转化过程近乎理想。

经济环保效益
砂岩的廉价特性使成本降低9.09%，同时CO₂减排8.11%。生命周期评估显示该CPCM每兆瓦时储热可节省12.7美元运营成本。

该研究突破性地证明天然矿物与氮化物盐的协同效应：砂岩不仅作为廉价骨架材料增强机械强度，其微纳结构更成为"热高速公路"，解决了PCM领域导热与稳定性的矛盾。所开发的CPCM适用于80-200℃中温储热场景，为太阳能热发电、工业余热回收提供了兼具经济效益(9.09%成本降幅)与环保价值(8.11%碳减排)的解决方案，其86%的?效率更达到卡诺循环理论极限的90%，标志着中温储热技术的重大进步。