CN105131912A - 一种无机相变储能材料及其制备方法 - Google Patents

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周园
年洪恩
董欧阳
任秀峰
曾金波
申月
海春喜
李松
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Abstract

本发明公开了一种无机相变储能材料及其制备方法，所述储能材料主要包括以下组分：重量比为50:3～50:15的醋酸钠溶液和功能添加液，以及醋酸钠溶液和功能添加液总重量1～3％和4％的成核剂和增稠剂；其中，醋酸钠溶液由醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成；功能添加液由功能添加剂和水按质量比1:2配制成；所述功能添加剂为氯化钾与氯化钠以任意比构成的组合物。该储能材料性能稳定、价格低廉、原料丰富、制备方便、相变潜热大、无毒、温度可调，可以广泛应用于太阳能低温蓄热系统、家庭日用保温、家用热水储能系统等多个领域。

Description

一种无机相变储能材料及其制备方法
技术领域
本发明属于相变储能技术领域，具体地，本发明涉及一种无机相变储能材料及其制备方法。
背景技术
在相变储能技术领域，相变材料是基础，相变材料的种类很多，从相变的方式来看，可分为固-固、固-液、液-气和固-气相变材料四大类，由于固-气和液-气相变材料在相变过程中伴随大量气体的存在，使材料体积变化很大，因此，尽管它们相变潜热较大，但在实际中很少应用。在实际应用中，一般按材料化学组成成分的不同，把相变材料分为有机物类(石蜡、酯酸等)和无机物类(无机水合盐、熔融盐、金属等)。无机水合盐是中、低温相变材料中重要的一类，提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的近70种可供选择的相变材料。
无机水合盐具有使用范围广、价格便宜、导热系数大(与有机物类PCM相比)、单位体积蓄热密度大、一般呈中性等优点。但也存在两方面的不足：过冷和相分离。这两大缺陷直接关系到相变材料的使用寿命，因此较好地解决这两个问题成为相变材料应用研究方面的关键。
三水醋酸钠(CH3COONa·3H2O)因熔点适宜、潜热值较高等优点常作为相变蓄能材料广泛应用于不同领域。然而，纯三水醋酸钠在凝固过程中存在的过冷和相分离问题，且相变温度较难调控，严重影响三水醋酸钠的相变储能材料的大范围使用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无机相变储能材料，该储能材料性能稳定、价格低廉、原料丰富、制备方便、相变潜热大、无毒、温度可调，可以广泛应用于太阳能低温蓄热系统、家庭日用保温、家用热水储能系统等多个领域。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种无机相变储能材料，所述储能材料主要包括以下组分：
重量比为50:3～50:15的醋酸钠溶液和功能添加液，以及醋酸钠溶液和功能添加液总重量1～3％和4％的成核剂和增稠剂；
其中，醋酸钠溶液由醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成；
功能添加液由功能添加剂和水按质量比1:2配制成；
所述功能添加剂为氯化钾与氯化钠以任意比构成的组合物。
优选地，所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
优选地，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
本发明的另一个目的在于，提供一种基于上述技术方案的无机相变储能材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)将醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成醋酸钠溶液，密封放置在65-80℃保温环境备用；
2)将功能添加剂和水按质量比1:2配制成功能添加液，密封放置在65-80℃保温环境备用；
3)将醋酸钠溶液和功能添加液按比例混合形成混合溶液，并不断搅拌，使其充分混合均匀；
4)在搅拌状态下加入成核剂和增稠剂使其成流体状，即得无机相变储能材料。
优选地，所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
优选地，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
本发明无机相变储能的储能介质主要为三水醋酸钠体系，功能添加剂为氯化钾、氯化钠，通过添加成核剂、增稠剂可以解决无机水合盐相变储能材料的共性问题：过冷度及相分离。通过功能添加剂调整其相变温度的同时，也在一定程度上抑制其过冷现象的发生，在通过成核剂和增稠剂的添加，完全可以消除过冷和相分离现象，重复性好，性能稳定。
与现有技术比较，本发明优点在于：
1)本发明在制备过程中加入功能添加剂来调控体系的相变温度点(50-55℃)的同时，也在一定程度上减小其过冷度，然后再通过成核剂和增稠剂可以完全消除体系的过冷度和相分离，重复性较好，性能稳定，可长期使用，具有广泛的应用前景。
2)本发明功能添加剂种类较少，所含比例较小，避免了添加剂过多互相影响的问题，保证体系的稳定性。
3)本发明所得无机相变储能材料具有50-55℃的相变温度，过冷度小于3℃，并且具有较高的潜热值，可以到230-260J/g，具有优良的温度调节功能，同时具有极高的相变稳定性。
4)本发明原料来源丰富，无毒、无腐蚀、制备方法简单易操作，易于封装。
具体实施方式
下面以具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液50g；
2)取功能添加剂和水按重量比1:2配制成功能添加液3g，其中功能添加剂氯化钾0.5g，氯化钠0.5g；
3)向步骤1中加入步骤2的功能添加液并不断搅拌，使其混合均匀；
4)向步骤3中试样分别加入0.53gNa2B4O7·10H2O，2.12g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其混合均匀成流体状；
5)将步骤4中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示，此组分的相变温度为54℃,过冷度2.1℃，潜热值230.4KJ/Kg。
实施例2
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液50g；
2)取功能添加剂和水按重量比1:2配制成功能添加液6g，其中功能添加剂氯化钾1g，氯化钠1g；
3)向步骤1中加入步骤2的功能添加液并不断搅拌，使其混合均匀；
4)向步骤3中试样分别加入1.06gNa2SiO3·9H2O，2.24g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其混合均匀成流体状；
5)将步骤4中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。测试结果显示，此组分的相变温度为53℃,过冷度1.8℃，潜热值236.7KJ/Kg。
实施例3
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液50g；
2)取功能添加剂和水按重量比1:2配制成功能添加液9g，其中功能添加剂氯化钾2g，氯化钠1g；
3)向步骤1中加入步骤2的功能添加液并不断搅拌，使其混合均匀；
4)向步骤3中试样分别加入1.06gNa2B4O7·10H2O，2.36g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其混合均匀成流体状；
5)将步骤4中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。测试结果显示，此组分的相变温度为52℃,过冷度2.3℃，潜热值232.1KJ/Kg。
实施例4
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液50g；
2)取功能添加剂和水按重量比1:2配制成功能添加液12g，其中功能添加剂氯化钾2g，氯化钠2g；
3)向步骤1中加入步骤2的功能添加液并不断搅拌，使其混合均匀；
4)向步骤3中试样分别加入1.06gNa2B4O7·10H2O，2.48g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其混合均匀成流体状；
5)将步骤4中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示，此组分的相变温度为51℃，过冷度1.2℃，潜热值233.9KJ/Kg。
实施例5
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液50g；
2)取功能添加剂和水按重量比1:2配制成功能添加液15g，其中功能添加剂氯化钾4g，氯化钠1g；
3)向步骤1中加入步骤2的功能添加液并不断搅拌，使其混合均匀；
4)向步骤3中试样分别加入1.95gNa2HPO4·12H2O，2.6g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其混合均匀成流体状；
5)将步骤4中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示，此组分的相变温度为56℃，过冷度2.7℃，潜热值226.7KJ/Kg。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种无机相变储能材料，其特征在于，所述储能材料主要包括以下组分：
重量比为50:3～50:15的醋酸钠溶液和功能添加液，以及醋酸钠溶液和功能添加液总重量1～3％和4％的成核剂和增稠剂；
其中，醋酸钠溶液由醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成；
功能添加液由功能添加剂和水按质量比1:2配制成；
所述功能添加剂为氯化钾与氯化钠以任意比构成的组合物。
2.根据权利要求1所述的无机相变储能材料，其特征在于，所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的无机相变储能材料，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
4.权利要求1所述的无机相变储能材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)将醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成醋酸钠溶液，密封放置在65-80℃保温环境备用；
2)将功能添加剂和水按质量比1:2配制成功能添加液，密封放置在65-80℃保温环境备用；
3)将醋酸钠溶液和功能添加液按比例混合形成混合溶液，并不断搅拌，使其充分混合均匀；
4)在搅拌状态下加入成核剂和增稠剂使其成流体状，即得无机相变储能材料。
5.根据权利要求4所述的无机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的无机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
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