CN109609098A - 一种复合相变储热材料及其制备 - Google Patents

一种复合相变储热材料及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合相变储热材料及其制备，所述复合相变储热材料包括以下重量百分比的组分：六水硝酸镁90％‑99％，其余为添加剂，所述添加剂选自羟甲基纤维素、六水氯化镁、二水硫酸钙、氯化钙、石墨、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒或泡沫材料中的一种或多种。与现有技术相比，本发明的复合相变储热材料通过添加剂改性后达到了很好的相变蓄能效果，克服了纯主体相变材料的过冷度，具有较大的相变潜热，无相分离现象，稳定性高，导热系数较大，材料多次循环性能无衰减，具有很强的应用价值。

Description

一种复合相变储热材料及其制备
技术领域
本发明属于储热材料技术领域，涉及一种复合相变储热材料及其制备。
背景技术
相变储热技术可以有效提高能源利用效率，同时能够有效缓解能源供给与需求在时空上失配的矛盾，在太阳能热利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景。相变储热是利用相变材料在熔化/凝固过程中吸收/释放相变潜热的原理进行能量储存与释放，相变储热因储热密度高和输出温度近似恒定等特点越来越受到研究者重视，近年来对于相变储热材料的研究发展迅猛，主要分为有机类、无机类和混合类相变储热材料。有机类相变储热材料例如石蜡、脂肪酸、高分子聚合物等，其腐蚀性小、几乎无过冷和相分离缺陷、材料种类多，但其昂贵的价格和较低的导热系数限制了大规模应用。无机类相变储热材料例如水合盐、金属等，其中水合盐类材料具有导热系数高、储热密度高、安全稳定、廉价易得等优点而受到广泛关注，目前已经有部分水合盐类相变储热材料投入大规模应用，但还不能满足需求，仍需开发出更多类型的相变储热材料。
纯水合盐类相变储热材料具有过冷度和相分离等缺陷，为降低其过冷度和抑制相分离，需要加入一定量的添加剂形成复合相变储热材料加以改善。
经对现有技术的文献检索，关于无机水合盐类复合相变储热材料的相关技术文献有：
申请号为201310681548.2的专利公开了“一种相变储能材料”，该专利公开了一种由储能主体材料、增稠剂、成核剂和增强材料组成的相变储能材料，其储能主体材料主要是三水合物的水合盐，该方法得到的相变储能材料相变温度较低，因此在实际应用过程中受限。
申请号为201711276807.8的专利公开了“一种无机相变储能材料”，该专利公开了一种由储能主体材料、成核剂、稳定剂和水组成的复合材料，该复合材料中加入了成核剂减小过冷，加入稳定剂提高了材料的循环寿命，但没有解决无机盐类材料导热系数低的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种这种材料具有很好的化学稳定性、过冷度小、无相分离现象、相变温度合适，具有很好的发展和应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的之一在于提出了一种复合相变储热材料，包括以下重量百分比的组分：六水硝酸镁90％-99％，其余为添加剂，所述添加剂选自羟甲基纤维素、六水氯化镁、二水硫酸钙、氯化钙、石墨、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒或泡沫材料中的一种或多种。
进一步的，其各组分重量占比为：六水硝酸镁90％-98％，二水硫酸钙为1-5％，其余为羟甲基纤维素、六水氯化镁、氯化钙、石墨、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒或泡沫材料中的一种或多种。
进一步的，其各组分重量占比为：六水硝酸镁90％-99％，二水硫酸钙1％-10％。
进一步的，其各组分重量占比为：六水硝酸镁94％，石墨1％，六水氯化镁5％。
进一步的，其各组分重量占比为：六水硝酸镁95％，碳纳米颗粒2％，二水硫酸钙3％。
进一步的，其各组分重量占比为：六水硝酸镁94％，金属纳米颗粒2％，氯化钙4％。
进一步的，其各组分重量占比为：六水硝酸镁96％，石墨1％，二水硫酸钙3％。
进一步的，其相变潜热值为100～180kJ/kg，相变温度为80～95℃，过冷度小于3℃。
本发明中，二水硫酸钙、六水氯化镁和氯化钙作为成核剂均可降低六水硝酸镁的过冷度，石墨、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒和泡沫材料均具有较高的导热系数，与六水硝酸镁混合后能提高其导热系数，加入羧甲基纤维素使不溶的添加剂能够与六水硝酸镁均匀混合。各添加剂的含量与本发明实施例的添加剂含量接近时为最佳添加量，但在实际应用时在本发明给出的添加量范围内即可产生作用，添加量过低则效果不明显甚至难以达到所需效果，添加量过高则会显著降低复合相变材料的相变潜热与相变温度。
本发明的目的之二在于提出了一种复合相变储热材料的制备方法，先取六水硝酸镁与添加剂，混合，即得到目的产品。
与现有技术相比，本发明的复合相变储热材料通过添加剂改性后，复合材料具有较小的过冷度，相变潜热大，稳定性高，抑制了相分离现象，提高了纯材料的导热系数，具有很好的发展和应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到复合相变储热材料的DSC测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中，如无特别说明，则表明所采用的材料均为本领域的常规市售产品，建议采用高纯度材料。
实施例1
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁95％，二水硫酸钙5％。
本实施例制备的复合相变储热材料与纯六水硝酸镁的冷却凝固步冷曲线如图1所示，图中可以看到，复合材料相变平台明显，过冷度很小，而纯材料相变平台不稳定且有较大的过冷度。
最后制得的复合材料的相变潜热为150kJ/kg，相变温度87℃，过冷度为0.2℃。
实施例2
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁94％，石墨1％，六水氯化镁5％，相变潜热为148.5kJ/kg，相变温度87℃，过冷度小于2℃。
实施例3
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁95％，碳纳米颗粒2％，二水硫酸钙3％，相变潜热为150kJ/kg，相变温度87℃，过冷度小于0.5℃。
实施例4
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁94％，金属纳米颗粒2％，氯化钙4％，相变潜热为148.5kJ/kg，相变温度87℃，过冷度小于2℃。
实施例5
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁96％，石墨1％，二水硫酸钙3％，相变潜热为152kJ/kg，相变温度87℃，过冷度小于0.5℃。
实施例6
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁94％，羟甲基纤维素2％、六水氯化镁2％、二水硫酸钙2％，相变潜热为148.5kJ/kg，相变温度86℃，过冷度小于1℃。
实施例7
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁90％，氯化钙5％，二水硫酸钙5％，相变潜热为142kJ/kg，相变温度87℃，过冷度小于0.5℃。
实施例8
一种复合相变储热材料，所述复合相变储热材料的主体材料和添加剂质量占比为：六水硝酸镁98％，六水氯化镁1％，二水硫酸钙1％，相变潜热为155kJ/kg，相变温度87℃，过冷度小于1℃。
由以上可知，本发明的复合相变储热材料通过添加剂改性后达到了很好的相变蓄能效果，克服了纯主体相变材料的过冷度，具有较大的相变潜热，无相分离现象，稳定性高，导热系数较大，材料多次循环性能无衰减，具有很强的应用价值。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合相变储热材料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：六水硝酸镁90％-99％，其余为添加剂，所述添加剂选自羟甲基纤维素、六水氯化镁、二水硫酸钙、氯化钙、石墨、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒或泡沫材料中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，其各组分重量占比为：六水硝酸镁90％-98％，二水硫酸钙为1-5％，其余为羟甲基纤维素、六水氯化镁、氯化钙、石墨、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒或泡沫材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，其各组分重量占比为：六水硝酸镁90％-99％，二水硫酸钙1％-10％。
4.根据权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，其各组分重量占比为：六水硝酸镁94％，石墨1％，六水氯化镁5％。
5.根据权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，其各组分重量占比为：六水硝酸镁95％，碳纳米颗粒2％，二水硫酸钙3％。
6.根据权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，其各组分重量占比为：六水硝酸镁94％，金属纳米颗粒2％，氯化钙4％。
7.根据权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，其各组分重量占比为：六水硝酸镁96％，石墨1％，二水硫酸钙3％。
8.根据权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，其相变潜热值为100～180kJ/kg，相变温度为80～95℃，过冷度小于3℃。
9.如权利要求1-8任一所述的复合相变储热材料的制备方法，先取六水硝酸镁加热相变成液态，然后在恒温下与添加剂混合，并搅拌均匀，冷却凝固后即得到复合相变储热材料。
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