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（材料与化工硕士）

盐水相变蓄冷凝胶的制备及其冷链应用

论文答辩日期：2023年5月28日

摘要

phasechangecoldstoragematerialsPCMs

相变蓄冷材料（，）是一种清洁能源材料，

其能够在相变过程中持续吸收或释放大量的冷量，且自身温度保持不变。近年来在众

多领域得到了广泛应用，尤其是在冷链方面。基于PCMs的冷链装置展现出安全、绿

色、环保、场景适用性强等传统机械制冷所不具备的突出优势，已迅速发展成为一项

可替代的前沿技术。然而，PCMs应用于冷链物流依然存在以下问题：满足-18℃以下

冷冻运输冷链的PCMs较少；固-液相变过程中出现泄露而污染运输样品；循环稳定性

差导致寿命短；低热导率导致充放冷速率慢和冷链装置温度均匀性不佳；PCMs与保

温箱体的结合不具有规范性等。这些问题导致基于PCMs的冷链装置难以实现大规模

应用。

针对上述PCMs应用于冷链物流的不足，本文设计了多种盐水相变蓄冷凝胶

（brinephasechangecoldstoragegel，BPCGs）。价格低廉，易批量化制备的盐水被选

作相变蓄冷主材，通过调控盐水的种类和浓度制备了多种应用于冷链运输的盐水相变

材料；通过物理化学吸附、原位化学交联、物理吸附化学交联三种方式实现了盐水--

PCMs的防泄漏；通过复合膨胀石墨实现了PCMs热导率的大幅提升，解决PCMs充

放冷速率慢和温度均匀性不高的问题；成功构建了基于BPCGs的冷链装置，并通过实

际负载实验验证了其可行性。具体研究如下：

1、通过商用吸水树脂吸附KCl-NHCl共晶盐水制备BPCGs，对比商用吸水树脂

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种类对BPCGs热物性的影响，所制备BPCG-B具有工艺简单、防泄漏、潜热高、成本

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效益高（7.63×10$·J）和循环稳定性优异等特点。熔化温度和潜热分别为-21℃和

−1

230.62J·g，200次循环后，熔化温度不改变，潜热仍为原来的96.8%。3kgBPCG-B

和自制保温箱体构建的相变蓄冷装置，用作鲳鱼的冷链运输，可以使相变蓄冷装置维

持在-15℃以下21.44h。此外，BPCG-B和商用冷链保温箱也完美适配，构建的相变蓄

冷装置用作胎牛血清的冷链运输，3kgBPCG-B可以使相变蓄冷装置维持在-15℃以下

16.37h。

2、在NaCl盐水的基液中，原位构建聚丙烯酸钠海藻酸钙双交联网络制备-BPCGs，

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性能最优的BPCGs具有防泄漏、形状稳定、自修复特性、成本效益高（4.63×10$·J

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广东工业大学硕士学位论文

1-1

）和循环稳定性优异等特点。熔化温度点和潜热分别为-24.36℃和140.03J·g，100

96.5%2.6kgBPCGs

次循环后，熔化温度不改变，潜热为原来的。搭配自制的保温箱

体构建的相变蓄冷装置，用作虾的冷链运输，可以使相变蓄冷装置维持在-15℃以下

31.73h。用作冰淇淋的冷链运输，3kgBPCGs可以使相变蓄冷装置维持在-18℃以下

29.56h。

3、在NaCl盐水的基液中，通过聚丙烯酸钠-海藻酸钙化学交联和膨胀石墨物理吸