CN104194735A - 一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104194735A
CN104194735A CN201410273666.4A CN201410273666A CN104194735A CN 104194735 A CN104194735 A CN 104194735A CN 201410273666 A CN201410273666 A CN 201410273666A CN 104194735 A CN104194735 A CN 104194735A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chemical heat
composite material
nano
carbon
graphene oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410273666.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104194735B (zh
Inventor
黄宏宇
漥田光宏
杨希贤
何兆红
小林敬幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Original Assignee
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS filed Critical Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority to CN201410273666.4A priority Critical patent/CN104194735B/zh
Publication of CN104194735A publication Critical patent/CN104194735A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104194735B publication Critical patent/CN104194735B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明提供了一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法。以高储能密度的氢氧化物水合物为复合化学蓄热材料基体，将其负载于纳米碳材料上组成复合化学蓄热材料，其中纳米碳材料的质量百分含量为30-60％。制备方法步骤如下：采用Hummer法获得氧化石墨烯的水溶液，将金属氢氧化物水合物加入到氧化石墨烯的水溶液中，得到的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h。以水热法或超声法复合，冷冻干燥后即得到碳基化学蓄热纳米复合材料。本发明复合化学蓄热材料解决了单一活性组分水合反应速率过慢的问题，氧化石墨烯材料的复合使得氢氧化物水合速率大幅提升，整体传质传热效率显著提高，该纳米复合材料热循环可靠性高、化学稳定性好、安全系数高。

Description

一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机材料及节能技术领域，尤其涉及一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法。 
技术背景
能量储存是解决能量供求在时间和空间匹配上矛盾的有效手段，可用于解决热能供求失衡的矛盾，在电力的“移峰填谷”、太阳能利用、余废热回收、建筑采暖与节能空调领域具有广泛的应用前景。在能源危机及环境污染日益严重的今天，发展这项提高能源利用效率和保护环境的应用技术愈发紧迫。 
在热能储存的领域内，国内外传统的研究方向是潜热储存,但是其材料相变时出现过冷现象、放热循环后相分离、材料的稳定性等问题始终没有得到有效解决。作为化学能与热能相互转换的核心技术，化学反应蓄热是利用化学变化中吸、放热量进行热能储存，是21世纪最为重要的储能技术之一。与显热、潜热蓄热方式相比较而言，化学反应蓄热在能量储存密度上有着数量级的提高，其化学反应过程不存在材料物理相变的问题，储能体系通过催化剂或产物分离的方法极易用于长期能量储存。 
化学蓄热材料是化学储能技术的核心，主要分为结晶水合物、金属氢氧化物、金属氢化物、金属盐氨合物等。相对于其它化学蓄热材料而言，结晶水合物所具备的独特优势包括：反应过程安全系数高，简单的水合与水解可逆反应即可完成蓄热，在低温蓄热方面的应用前景广阔，反应温度通常低于150℃，结晶水合物易于通过填充或者负载的方式与多孔材料形成复合材料，从而优化其传热传质性能。 
然而结晶水合物低温化学蓄热仍然无法满足工程应用的需要，蓄热活性组分单体水合速率过慢，从而导致反应器整体的传质传热效率低下。以LiOH单体为例，其在相对湿度60％的条件下120min转化率仅仅为21％，此时的储能密度较30min水解反应前大为降低，从而导致循环蓄放热效率非常低下。专利CN1224747中把几种固态无机盐与水混合，能够在低温下作为蓄热材料工作，该材料工作时包含了相变蓄热、显热蓄热和化学蓄热过程，但是材料总体的储能密度低。 
纳米碳材料石墨烯在诸多的潜在应用当中，用作反应活性组分或者催化剂的载体是一个研究热点。而氧化石墨烯作为一种新型材料由于具备强亲水性、高比表面积、优异的热学以及机械性质而极为适合用作蓄热活性组分载体。通过纳米材料与蓄热活性组分的复合，不仅能提高蓄热组分比表面积来获得高的反应活性，而且合适的载体所制备具有小尺寸和特定形态的结构对于传质传热效率的提高具有极为重要的意义。专利CN201210019839提供一种三维石墨烯/相变储能复合材料及其制备方法，其利用石墨烯与相变储能材料原位复合，其中以具有三维结构的多孔石墨烯作为导热体和复合模板，以固-液相变的有机材料作为储能材料和填充剂，然而其始终无法克服材料物理相变的固有问题且储能密度较低。 
发明内容
针对现有技术中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法。 
为了达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案： 
所述碳基化学蓄热纳米复合材料特征在于，以高储能密度(储能密度高达1440kJ/kg) 的氢氧化物水合物为复合化学蓄热材料基体，将其负载于纳米碳材料上组成复合化学蓄热材料，其中纳米碳材料(分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料)的质量百分含量为30-60％，其余为氢氧化物水合物。 
所述氢氧化物水合物优选为LiOH·H2O。 
所述纳米碳材料为氧化石墨烯。 
所述氢氧化物与纳米碳材料的复合方法为水热法和超声法。 
上述碳基化学蓄热纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤： 
(1)纳米碳材料氧化石墨烯采用Hummer法制备获得氧化石墨烯水溶液； 
所述氧化石墨烯水溶液浓度优选为7mg/ml。 
(2)将氢氧化物水合物加入到氧化石墨烯的水溶液中，氧化石墨烯与氢氧化物水合物的质量比值为3:7-3:2； 
(3)将步骤(2)所得混合溶液以水热法或超声法复合，冷冻干燥后即得到碳基化学蓄热纳米复合材料。 
其中，步骤(3)详细步骤如下： 
步骤(3)中所述水热复合法为：将氧化石墨烯与氢氧化物水合物的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后将其置于聚四氟乙烯衬底不锈钢高压反应釜中，在150-200℃的条件下进行水热反应12h，最后冷冻干燥即得到碳基化学蓄热纳米复合材料； 
或，步骤(3)中所述超声复合法为：将氧化石墨烯与氢氧化物水合物的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后在50-80℃的条件下进行超声反应2h，最后冷冻干燥即得到碳基化学蓄热纳米复合材料； 
所述步骤(2)中氢氧化物水合物优选为LiOH·H2O。 
所述步骤(2)中纳米碳材料氧化石墨烯占混合物的质量百分含量优选为40％，其余为氢氧化物水合物。 
所述步骤(3)中水热复合法的水热反应温度优选为180-200℃。 
所述步骤(3)中超声复合法的超声反应温度优选为70-80℃。 
本发明与现有技术相比，具有如下优点： 
1.以氢氧化物水合物为碳基化学蓄热纳米复合材料基体，反应过程安全系数高，简单的水合与水解可逆反应即可完成蓄热。 
2.解决了单一活性组分水合反应速率过慢的问题，氧化石墨烯材料的复合使得氢氧化物水合速率大幅提升，整体传质传热效率显著提高。 
3.碳基化学蓄热纳米复合材料热循环可靠性高，化学稳定性好。 
附图说明
图1为实施例1中LiOH·H2O与氧化石墨烯复合而成的蓄热纳米材料的透射电镜图； 
图2为实施例1中LiOH·H2O与氧化石墨烯复合而成的蓄热纳米材料水合/水解循环反应的稳定性测试结果。 
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不局限于实施例表述的范围。 
实施例1 
采用Hummer法获得7mg/ml的氧化石墨烯水溶液，将1.05gLiOH·H2O加入到100ml氧 化石墨烯的水溶液中，得到的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后将其置于聚四氟乙烯衬底不锈钢高压反应釜中，在200℃的条件下进行水热反应12h。将冷冻干燥后的粉末置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃下保持30min后，测量所得的储能密度为990kJ/kg。图1为实施例1中LiOH·H2O与氧化石墨烯复合而成的蓄热纳米材料的透射电镜图。图2为实施例1中所述的碳基化学蓄热纳米复合材料的水合/水解循环反应稳定性测试结果，从图中可以看出，该复合蓄热材料经过10次水合/水解循环后反应速率以及储能密度几乎不变。 
实施例2 
采用Hummer法获得7mg/ml的氧化石墨烯水溶液，将1.63gLiOH·H2O加入到100ml该氧化石墨烯的水溶液中，得到的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后将其置于聚四氟乙烯衬底不锈钢高压反应釜中，在180℃的条件下进行水热反应12h。将冷冻干燥后的粉末置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃下保持30min后，测量所得的储能密度为823kJ/kg。 
实施例3 
采用Hummer法获得7mg/ml的氧化石墨烯水溶液，将0.47gLiOH·H2O加入到100ml该氧化石墨烯的水溶液中，得到的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后在80℃的条件下进行超声反应2h，。将冷冻干燥后的粉末置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃下保持30min后，测量所得的储能密度为705kJ/kg。 
实施例4 
采用Hummer法获得7mg/ml的氧化石墨烯水溶液，将1.05gLiOH·H2O加入到100ml该 氧化石墨烯的水溶液中，得到的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后在70℃的条件下进行超声反应2h，。将冷冻干燥后的粉末置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃下保持30min后，测量所得的储能密度为899kJ/kg。 

Claims (7)

1.一种碳基化学蓄热纳米复合材料，其特征在于，以高储能密度的氢氧化物水合物为复合化学蓄热材料基体，将其负载于纳米碳材料上组成复合化学蓄热材料，其中纳米碳材料的质量百分含量为30-60％，其余为氢氧化物水合物。
2.如权利要求1所述的碳基化学蓄热纳米复合材料，其特征在于所述氢氧化物水合物为LiOH·H2O。
3.如权利要求1或2所述的碳基化学蓄热纳米复合材料，其特征在于所述纳米碳材料为氧化石墨烯。
4.如权利要求1所述的碳基化学蓄热纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)纳米碳材料氧化石墨烯采用Hummer法制备获得氧化石墨烯水溶液；
(2)将氢氧化物水合物加入到氧化石墨烯的水溶液中，氧化石墨烯与氢氧化物水合物的质量比值为3:7-3:2；
(3)将步骤(2)所得混合溶液以水热法或超声法复合，冷冻干燥后即得到碳基化学蓄热纳米复合材料。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述水热复合法为：将氧化石墨烯与氢氧化物水合物的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后将其置于聚四氟乙烯衬底不锈钢高压反应釜中，在150-200℃的条件下进行水热反应12h，最后冷冻干燥即得到碳基化学蓄热纳米复合材料。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述超声复合法为：将氧化石墨烯与氢氧化物水合物的混合溶液在80℃的条件下冷凝回流1h，然后在50-80℃的条件下进行超声反应2h，最后冷冻干燥即得到碳基化学蓄热纳米复合材料。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述氢氧化物水合物为LiOH·H2O。
CN201410273666.4A 2014-06-18 2014-06-18 一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法 Active CN104194735B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410273666.4A CN104194735B (zh) 2014-06-18 2014-06-18 一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410273666.4A CN104194735B (zh) 2014-06-18 2014-06-18 一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104194735A true CN104194735A (zh) 2014-12-10
CN104194735B CN104194735B (zh) 2018-06-22

Family

ID=52080108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410273666.4A Active CN104194735B (zh) 2014-06-18 2014-06-18 一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104194735B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107699201A (zh) * 2017-08-17 2018-02-16 中国科学院广州能源研究所 一种碳基化学储能材料及其制备方法
CN109929518A (zh) * 2019-03-29 2019-06-25 同济大学 一种氧化石墨烯气凝胶热化学储热复合材料及其制备方法
CN110127668A (zh) * 2019-05-13 2019-08-16 上海利物盛纳米科技有限公司 一种高接枝率的碳纳米材料及其制备方法
CN114106782A (zh) * 2021-12-08 2022-03-01 华中科技大学 速生木制质基复合显热-热化学蓄热材料及其制备方法
CN114231257A (zh) * 2021-11-30 2022-03-25 华中科技大学 一种三维纳米碳氢氧化锂复合储热材料的制备方法及产品
CN114574172A (zh) * 2021-12-28 2022-06-03 佛山科学技术学院 一种生物炭/氢氧化锂复合材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1357591A (zh) * 2001-12-28 2002-07-10 昆明理工大学 一种复合蓄热材料的制备工艺及复合充填蓄热室
CN102777874A (zh) * 2012-08-30 2012-11-14 郑州大学 直接产生蒸汽的相变储热系统及其相变储热剂的制备方法
CN102803426A (zh) * 2009-06-16 2012-11-28 阿文戈亚太阳能新技术公司 用于在高温下储存热能的复合材料
CN103194182A (zh) * 2013-04-17 2013-07-10 北京科技大学 一种梯级多孔异质复合相变材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1357591A (zh) * 2001-12-28 2002-07-10 昆明理工大学 一种复合蓄热材料的制备工艺及复合充填蓄热室
CN102803426A (zh) * 2009-06-16 2012-11-28 阿文戈亚太阳能新技术公司 用于在高温下储存热能的复合材料
CN102777874A (zh) * 2012-08-30 2012-11-14 郑州大学 直接产生蒸汽的相变储热系统及其相变储热剂的制备方法
CN103194182A (zh) * 2013-04-17 2013-07-10 北京科技大学 一种梯级多孔异质复合相变材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MITSUHIRO KUBOTA: "《Improvement of Hydration Rate of LiOH/LiOH·H2O Reaction for Low-temperature Thermal Energy Storage》", 《2013年度日本冷冻空调学会年次大论讲演论文集》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107699201A (zh) * 2017-08-17 2018-02-16 中国科学院广州能源研究所 一种碳基化学储能材料及其制备方法
CN109929518A (zh) * 2019-03-29 2019-06-25 同济大学 一种氧化石墨烯气凝胶热化学储热复合材料及其制备方法
CN110127668A (zh) * 2019-05-13 2019-08-16 上海利物盛纳米科技有限公司 一种高接枝率的碳纳米材料及其制备方法
CN114231257A (zh) * 2021-11-30 2022-03-25 华中科技大学 一种三维纳米碳氢氧化锂复合储热材料的制备方法及产品
CN114106782A (zh) * 2021-12-08 2022-03-01 华中科技大学 速生木制质基复合显热-热化学蓄热材料及其制备方法
CN114106782B (zh) * 2021-12-08 2022-12-09 华中科技大学 速生木制质基复合显热-热化学蓄热材料及其制备方法
CN114574172A (zh) * 2021-12-28 2022-06-03 佛山科学技术学院 一种生物炭/氢氧化锂复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104194735B (zh) 2018-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104194735A (zh) 一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法
Liu et al. Progress in thermochemical energy storage for concentrated solar power: A review
Prasad et al. A critical review on thermal energy storage materials and systems for solar applications.
Liu et al. Lamellar-structured phase change composites based on biomass-derived carbonaceous sheets and sodium acetate trihydrate for high-efficient solar photothermal energy harvest
CN109385254B (zh) 一种石墨烯弹性聚合物相变复合材料及其制备方法
Wu et al. Research progress of solar thermochemical energy storage
CN105295848A (zh) 一种金属有机凝胶基复合相变材料的制备方法
CN105932234A (zh) 一种钠离子电池负极材料用掺杂多孔碳球及其制备方法
CN101928551A (zh) 高碳醇共混复合相变储能材料及其制备方法
CN103194179A (zh) 一种复合相变蓄热材料及其制备方法
CN103253657A (zh) 三维石墨烯∕中空碳球复合材料的制备方法
CN105217616A (zh) 多孔石墨烯负载碳纳米洋葱三维复合材料制备方法
CN110257016A (zh) 氢氧化物储热材料
CN113606974B (zh) 复合金属氧化物热化学储热材料、热化学储热模块及制备方法
CN104692468A (zh) 一种三维多壁空心球NiO纳米材料的制备方法
CN105038712A (zh) 一种金属有机凝胶基复合相变材料的制备方法
CN105423791A (zh) 可调控化学蓄热系统
CN106190041B (zh) 一种3d多孔碳骨架基复合相变材料的制备方法
CN105385417A (zh) 一种三维石墨烯/相变导热复合材料的制备方法
CN109777373A (zh) 中温跨季储热材料
CN103887081A (zh) 一种氮掺杂石墨烯/铁酸锌纳米复合材料及其制备
CN105838331B (zh) 一种硅藻土基复合相变储热球、制备方法和用途
CN112980394B (zh) 一种多功能碳基定型复合相变材料及制备和应用
CN103289654B (zh) 一种膨胀石墨复合蓄热材料及其制备方法和应用
CN104779391A (zh) 制备钴酸锰组装微球材料及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant