CN107201215A - 一种低温无机相变储能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温无机相变储能材料，按质量百分比计，所述低温无机相变储能材料包括如下组份：主体相变材料70~98%，温度抑制剂A 0.5~15%，温度抑制剂B 0.5~15%，增稠剂0.5~5%，成核剂0.5~5%；本发明同现有技术相比，其主要是在于使用的为复合温度抑制剂，该温度抑制体系具有相互协同降温的效果，硝酸盐与氯化铵的结合，可在溶液中产生四种分散离子，其中任意两两互相组合即可产生四种协同降温盐，起到显著降温效果，同时具有较高的焓值，降温效果明显的结果。
Description
技术领域
本发明无机材料技术领域，具体涉及一种低温无机相变储能材料及其制备方法。
背景技术
相变材料是一种利用其自身物理性质转变过程中吸收或释放的大量潜热，来实现储能并调控至适宜温度。随着北方雾霾的日益严重，如何节能减排已然成为北方采暖的重中之重；随着山东疫苗事件的发生，如何保持适宜低温同样成为冷链物流过程中的控制点。在此时机下，相变储能材料在解决能源供需时空不匹配的问题上提供了适宜的解决方案。
单一中低温水合无机相变储能材料相变潜热值较大（≥200 kJ/kg），尤其是单位体积储热密度高（≥400 kJ/L），且其无毒无害，得到了广泛的应用重视。但是单一相变储能材料并非完全适用于不同应用所需的控温范围，因而在主体相变材料中添加适当的温度调节剂成为必不可少的一种手段。中国专利CN103666378A便对三水醋酸钠这一主体材料进行温度调节，降低其相变温度，以适用于坐卧凉垫。
通常加入温度抑制剂会使主体相变材料的潜热值下降很多，且当温度抑制剂添加量过多时整个材料体系稳定性及使用寿命会随之减少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，目的之一是在于提供低温无机相变储能材料，该材料采用复合温度抑制剂，该两种温度抑制体系具有相互协同降温的功效，可达到焓值较高的情况的，降温效果明显的结果。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
一种低温无机相变储能材料，按质量百分比计，所述低温无机相变储能材料包括如下组份：主体相变材料70~98%，温度抑制剂A 0.5~15%，温度抑制剂B 0.5~15%，增稠剂0.5~5%，成核剂0.5~5%。
所述主体相变材料为水合无机盐相变材料。
所述水合无机盐相变材料为六水氯化钙，十水硫酸钠，三水醋酸钠，十二水磷酸氢二钠，十水碳酸钠，十水硫酸镁，五水硫代硫酸钠，八水氢氧化钡或十二水硫酸铝铵。
所述温度抑制剂A为硝酸锌、硝酸锂、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钠、硝酸钾等硝酸盐中一种。
所述温度抑制剂B为氯化铵。
所述增稠剂为高吸水树脂、气相二氧化硅、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、膨润土、聚丙烯酸钠、明胶、黄原胶、淀粉、瓜尔胶中的一种或几种。
所述成核剂为焦磷酸钠、磷酸氢二钠、醋酸钠、硫酸钠、硼砂、硫酸钡、氯化钡、氯化锶、氢氧化钡、氟化钙、氟化钠、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等中的一种或几种。
另外，本发明还提供了所述低温无机相变储能材料的制备方法，具体步骤为：按质量百分比，首先将主体相变材料置于反应釜中加热至一定的温度搅拌溶融，随后加入温度抑制剂A，搅拌溶融后再加温度抑制剂B，然后将增稠剂缓慢加入到反应釜中，待混合物呈粘稠状后，再缓慢加入成核剂，快速搅拌20 min后取出即可。
并且本发明还提供了所述低温无机相变储能材料在暖手宝、小厨宝、相变空调以及相变地暖系统中的应用。
本发明提供的低温无机相变储能材料，与以往的相变材料相比，具有以下的明显有益效果：本发明同现有技术相比，其主要优势在于使用的为复合温度抑制剂，该温度抑制体系具有相互协同降温的效果，硝酸盐（MNO3，M为相应金属离子）与氯化铵的结合，可在溶液中产生四种分散离子，其中任意两两互相组合即可产生四种协同降温盐（MCl、NH4NO3、MNO3、NH4Cl），此降温体系中，温度抑制剂用量小，焓值下降程度有限，同时也可通过协同作用起到良好的降温效果，最终达到焓值高，降温效果明显的结果。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备无机相变储能材料的DSC测试结果图。
图2为本发明实施例1所制备无机相变储能材料的循环稳定性测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种低温无机相变储能材料，由如下方法进行制备：（1）取三水醋酸钠96.5g，硝酸钠1g，氯化铵1g，淀粉0.5g，焦磷酸钠1g，备用；（2）先将三水醋酸钠在反应釜中加热至75℃搅拌溶融，随后加入硝酸钠，搅拌溶融后再加入氯化铵，然后将淀粉缓慢加入到反应釜中，调节转速至1000 r/min快速搅拌，待呈粘稠状后，再缓慢加入1g焦磷酸钠，快速搅拌20 min后取出即得所述低温无机相变储能材料。
使用差示量热扫描仪（DSC）测试所述制备无机相变储能材料的相变温度，结果如图1所示，其相变温度为50℃；其循环稳定性图如图2所示，潜热值为270 kJ/kg；循环2500次无衰减。可有效应用于暖手宝、小厨宝等方向。
实施例2
一种低温无机相变储能材料，由如下方法进行制备：（1）取六水氯化钙91.4g，硝酸锂1.7g，氯化铵1.9g，气相二氧化硅2g，氯化钡3g，备用；（2）先将六水氯化钙在反应釜中加热至45℃搅拌溶融，随后加入硝酸锂，搅拌溶融后再加入氯化铵，然后将气相二氧化硅缓慢加入到反应釜中，调节转速至900 r/min快速搅拌待呈粘稠状后，再缓慢加入氯化钡，快速搅拌20 min后取出即得所述低温无机相变储能材料。
使用差示量热扫描仪（DSC）测试所述制备无机相变储能材料的相变温度，结果显示，其相变温度为13℃；焓值为160 kJ/kg；循环5000次无衰减。可在相变空调中得到很好的应用。
实施例3
一种低温无机相变储能材料，由如下方法进行制备：（1）取十水硫酸钠94.9g，硝酸钠0.05g，氯化铵0.05g，聚丙烯酸钠2g，硼砂3g，备用；（2）先将十水硫酸钠在反应釜中加热至45℃搅拌溶融，随后加入硝酸钠，搅拌溶融后再加入氯化铵，然后将聚丙烯酸钠缓慢加入到反应釜中，调节转速至800 r/min快速搅拌待呈粘稠状后，再缓慢加入硼砂，快速搅拌20min后取出即得所述低温无机相变储能材料。
使用差示量热扫描仪（DSC）测试所述制备无机相变储能材料的相变温度，结果显示，其相变温度为30℃；焓值为240 kJ/kg；循环5000次无衰减。可应用于谷电充热的相变地暖系统中。
对比例1
一种低温无机相变储能材料，由如下方法进行制备：（1）取三水醋酸钠96.5g，硝酸钠2g，淀粉0.5g，焦磷酸钠1g，备用；（2）先将三水醋酸钠在反应釜中加热至75℃搅拌溶融，随后加入硝酸钠，搅拌溶融后再加入氯化铵，然后将淀粉缓慢加入到反应釜中，调节转速至1000 r/min快速搅拌，待呈粘稠状后，再缓慢加入1g焦磷酸钠，快速搅拌20 min后取出即得所述低温无机相变储能材料。
使用差示量热扫描仪（DSC）测试所述制备无机相变储能材料的相变温度，其相变温度为56℃；潜热值为272 kJ/kg。仅使用单一硝酸钠温度抑制剂，即使总抑制剂用量一致，其温度抑制效果仍旧不显著，明显低于实施例1中的双重抑制效果。
对比例2
一种低温无机相变储能材料，由如下方法进行制备：（1）取三水醋酸钠96.5g，氯化铵2g，淀粉0.5g，焦磷酸钠1g，备用；（2）先将三水醋酸钠在反应釜中加热至75℃搅拌溶融，随后加入硝酸钠，搅拌溶融后再加入氯化铵，然后将淀粉缓慢加入到反应釜中，调节转速至1000 r/min快速搅拌，待呈粘稠状后，再缓慢加入1g焦磷酸钠，快速搅拌20 min后取出即得所述低温无机相变储能材料。
使用差示量热扫描仪（DSC）测试所述制备无机相变储能材料的相变温度，其相变温度为55℃；潜热值为270 kJ/kg。仅使用单一氯化铵温度抑制剂，即使总抑制剂用量一致，其温度抑制效果仍旧不显著，明显低于实施例1中的双重抑制效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种低温无机相变储能材料，其特征在于，按质量百分比计，所述低温无机相变储能材料包括如下组份：主体相变材料70~98%，温度抑制剂A 0.5~15%，温度抑制剂B 0.5~15%，增稠剂0.5~5%，成核剂0.5~5%。
2.根据要求1所述的低温无机相变储能材料，其特征在于，所述主体相变材料为水合无机盐相变材料。
3.根据要求2所述的低温无机相变储能材料，其特征在于，所述水合无机盐相变材料为六水氯化钙，十水硫酸钠，三水醋酸钠，十二水磷酸氢二钠，十水碳酸钠，十水硫酸镁，五水硫代硫酸钠，八水氢氧化钡或十二水硫酸铝铵。
4.根据要求1-3任一项所述的低温无机相变储能材料，其特征在于，所述温度抑制剂A为硝酸锌、硝酸锂、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钠、硝酸钾等硝酸盐中一种。
5.根据要求1-3任一项所述的低温无机相变储能材料，其特征在于，所述温度抑制剂B为氯化铵。
6.根据要求1-3任一项所述的低温无机相变储能材料，其特征在于，所述增稠剂为高吸水树脂、气相二氧化硅、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、膨润土、聚丙烯酸钠、明胶、黄原胶、淀粉、瓜尔胶中的一种或几种。
7.根据要求1-3任一项所述的低温无机相变储能材料，其特征在于，所述成核剂为焦磷酸钠、磷酸氢二钠、醋酸钠、硫酸钠、硼砂、硫酸钡、氯化钡、氯化锶、氢氧化钡、氟化钙、氟化钠、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等中的一种或几种。
8.一种权利要求1-7任一项所述低温无机相变储能材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：按质量百分比，首先将主体相变材料置于反应釜中加热至一定的温度搅拌溶融，随后加入温度抑制剂A， 搅拌溶融后再加温度抑制剂B，然后将增稠剂缓慢加入到反应釜中，待混合物呈粘稠状后，再缓慢加入成核剂，快速搅拌20 min后取出即可。
9.一种权利要求1-7任一项所述低温无机相变储能材料在暖手宝、小厨宝、相变空调以及相变地暖系统中的应用。
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