CN106634854A - 一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其组分包括泡沫状石墨烯，相变材料，复合助剂，所述泡沫状石墨烯占总质量的重量百分比为0.1%~15%，所述相变材料占总质量的重量百分比为84%~99.8%，所述复合助剂占总质量的重量百分比为0.1%~1%，具有导热系数高，储能密度大，热量利用率高的优点，本发明还提出了一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料的制备方法。

Description

一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及储能材料领域，特别是指一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，本发明还涉及一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料的制备方法。

背景技术

储能技术广泛的应用于太阳能热利用、工业废热和余热回收、建筑物空调节能等领域，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。相变储能技术是将介质的热量先储存在相变材料中，使相变材料发生相变，以潜热的形式将能量储存，当需要能量时，相变材料再次发生相变，将潜热释放出来，完成热能交换。目前常用的相变材料储能技术具有温度变化小、储能密度大等优点，但普遍的存在着导热系数偏低（0.1-1W/(m·K)）的缺点，在使用相变材料作储能材料时储能效率低下，大大限制了其应用范围。因此需要发明一种储能密度大且导热系数高的储能材料。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，具有导热系数高，储能密度大，热量利用率高的优点。

本发明第一目的的技术方案是这样实现的：一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其组分包括泡沫状石墨烯，相变材料，复合助剂，所述泡沫状石墨烯占总质量的重量百分比为0.1%~15%，所述相变材料占总质量的重量百分比为84%~99.8%，所述复合助剂占总质量的重量百分比为0.1%~1%。

所述泡沫状石墨烯为泡沫状石墨烯片，由氧化石墨烯经涂布、干燥、炭化、石墨化得到。

三维连通网络结构的泡沫状石墨烯体材料，不仅具有极低的密度、极高的孔隙率和高比表面积，而且还具有石墨烯优异的电学、热学、力学性能，拓展了石墨烯的物性和应用空间，为石墨烯在柔性导电、导热、热管理、电磁屏蔽、吸波、催化、传感及储能材料等领域的应用奠定了基础。

所述相变材料为石蜡或硬脂酸，其熔点范围在47℃~75℃。

所述复合助剂为十二烷基苯磺酸钠（SDBS）或十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）。

本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其合成过程是：

所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料的制备方法，步骤以下步骤：

（1）泡沫状石墨烯基体材料的制备：将一定量的氧化石墨烯浆料经搅拌涂覆到PET薄膜上，烘干后，经炭化、石墨化过程制备得到泡沫状石墨烯材料；

（2）相变填充材料的制备：将一定量的石蜡或硬脂酸固体置于反应釜中，经水浴融化，加入一定量的相变复合助剂，均匀搅拌10~20min，使其成为均匀的液体相变材料，备用；

（3）泡沫状石墨烯/相变复合储能材料的制备：将泡沫状石墨烯片置于反应釜中，加入处理好的液体相变材料，反应釜保温60~80℃，使其充分吸收20~30min，冷却，制得泡沫状石墨烯/相变复合储能材料。

本发明的所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料导热性能优异，密度低，相比于传统支架材料优势明显。复合材料可以充分利用泡沫状石墨烯的高导热性能和相变材料的高相变潜热，达到储能的目的。

本发明的所述制备工艺简便，易于工业应用与推广。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

制备含5%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/石蜡复合储能材料

按5%质量分数泡沫状石墨烯基体材料，94%质量分数的相变材料，1%质量分数的复合助剂准备好原材料。

按复合储能材料的合成过程制备得到含5%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/石蜡复合储能材料。

制备的复合储能材料相变潜热为172.2 J/g，热扩散系数＞900mm²/s。

实施例2

制备含5%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/硬脂酸复合储能材料

按5%质量分数泡沫状石墨烯基体材料，94%质量分数的相变材料，1%质量分数的复合助剂准备好原材料。

按复合储能材料的合成过程制备得到含5%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/硬脂酸复合储能材料。

制备的复合储能材料相变潜热为188 J/g，热扩散系数＞900mm²/s。

实施例3

制备含0.1%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/石蜡复合储能材料

按0.1%质量分数泡沫状石墨烯基体材料，99.8%质量分数的相变材料，0.1%质量分数的复合助剂准备好原材料。

按复合储能材料的合成过程制备得到含0.1%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/石蜡复合储能材料。

制备的复合储能材料相变潜热为 183.6J/g，热扩散系数＞900mm²/s。

实施例4

制备含15%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/硬脂酸复合储能材料

按15%质量分数泡沫状石墨烯基体材料，84%质量分数的相变材料，1%质量分数的复合助剂准备好原材料。

按复合储能材料的合成过程制备得到含15%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/硬脂酸复合储能材料。

制备的复合储能材料相变潜热为 168J/g，热扩散系数＞900mm²/s。

实施例5

制备含10%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/石蜡复合储能材料

按10%质量分数泡沫状石墨烯基体材料，89.5%质量分数的相变材料，0.5%质量分数的复合助剂准备好原材料。

按复合储能材料的合成过程制备得到含10%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/石蜡复合储能材料。

制备的复合储能材料相变潜热为 164.7J/g，热扩散系数＞900mm²/s。

实施例6

制备含1%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/硬脂酸复合储能材料

按1%质量分数泡沫状石墨烯基体材料，98.5%质量分数的相变材料，0.5%质量分数的复合助剂准备好原材料。

按复合储能材料的合成过程制备得到含1%质量分数的泡沫状石墨烯的泡沫状石墨烯/硬脂酸复合储能材料。

制备的复合储能材料相变潜热为 197J/g，热扩散系数＞900mm²/s。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其特征在于，包括以下质量百分比的各组分：泡沫状石墨烯0.1%~15%，

相变材料84%~99.8%，

复合助剂0.1%~1%。

2.如权利要求1中所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其特征在于：所述泡沫状石墨烯为泡沫状石墨烯片。

3.如权利要求2中所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其特征在于：所述泡沫状石墨烯片由氧化石墨烯经涂布、干燥、炭化、石墨化得到。

4.如权利要求1中所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其特征在于：所述相变材料为石蜡或硬脂酸，熔点范围在47℃~75℃。

5.如权利要求1中所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料，其特征在于：所述复合助剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。

6.如权利要求1-5中任一所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：分别制备得到泡沫状石墨烯基体材料、相变填充材料，然后将其混合制备得到泡沫状石墨烯/相变复合储能材料。

7.如权利要求6中所述泡沫状石墨烯/相变复合储能材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）泡沫状石墨烯基体材料的制备：将一定量的氧化石墨烯浆料经搅拌涂覆到PET薄膜上，烘干后，经炭化、石墨化过程制备得到泡沫状石墨烯材料；

（2）相变填充材料的制备：将一定量的石蜡或硬脂酸固体置于反应釜中，经水浴融化，加入一定量的相变复合助剂，均匀搅拌10~20min，使其成为均匀的液体相变材料，备用；

（3）泡沫状石墨烯/相变复合储能材料的制备：将泡沫状石墨烯片置于反应釜中，加入处理好的液体相变材料，反应釜保温60~80℃，使其充分吸收20~30min，冷却，制得泡沫状石墨烯/相变复合储能材料。