CN110724498A - 一种高性能中高温钠基相变储能材料及其制备方法 - Google Patents

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邓天龙
孙康瑞
杜思雨
余晓平
郭亚飞
王士强
张思思
李珑
胡佳音
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Abstract

本发明提供了一种高性能中高温钠基组合物相变材料及其制备方法，由硝酸钠与氯化钠两组份按一定质量比混合或硝酸钠与硫酸钠两组份按一定质量比混合或硝酸钠与氯化钠与硫酸钠三组份按一定质量比混合制成，相变温度为280～308℃，相变潜热为170～200kJ/kg，储热密度为400～470MJ/m3。本发明的相变材料原料丰富，价格低廉，操作方便，可广泛用于化工、食品、冶金、材料、建筑等工业热能绿色高效利用。

Description

一种高性能中高温钠基相变储能材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，涉及相变储能材料，尤其是一种高性能中高温钠基组合物相变储能材料及其制备方法。
背景技术
随着全球经济的不断发展，能源消耗的不断上升，能源供给不能满足能源需求的矛盾越来越明显，能源问题已成为制约各国经济发展的关键性瓶颈问题。传统化石能源的不可再生及使用过程中对环境造成的污染，使人类意识到节约能源，寻找新能源，保护环境的重要性。相变储能材料是一种重要的节能材料，它可将一定形式的能量在特定的条件下储存起来，并能在特定的条件下加以释放和利用，该过程是可逆可重复进行的，因此开发相变潜热大，热性能稳定和性价比高的相变材料，对于减少不可再生能源的消耗，促进节能减排和保护环境具有十分重要的意义。
相变储能材料主要分为无机相变材料和有机相变材料。无机相变材料主要有结晶水合盐类、无机熔盐类、金属和合金类等，该类材料价格便宜，导热系数较大，储能密度大，但易产生过冷和相分离现象，并且一部分无机盐材料具有较大的腐蚀性；有机相变材料可分为石蜡、脂肪酸类、多元醇类以及高分子类等，其性能稳定，相变温度广泛，不易产生过冷和相分离现象，但这类材料导热系数非常小，单位体积的蓄热能力较差，价格昂贵，容易挥发且易燃烧，因此有机相变材料的前景未被看好。
相变储能技术已应用于很多领域，如太阳能蓄热、工业热能、计算机领域及地板采暖和蓄热电热器等，近年来，对于中高温的无机相变材料研究较少，熔点在280～308℃之间的无机材料更少。氯化锌相变温度为280℃，但是其相变潜热较低(75kJ/kg)，而且具有较强的毒性，能剧烈刺激及灼烧皮肤；亚硝酸钠相变温度为270～282℃，但是不稳定而易在空气中极其容易氧化为硝酸钠，加热到320℃以上则进一步分解，故氯化锌和亚硝酸钠不适合做储能材料。因此，如何寻找一种相变潜热大，热稳定性好，循环寿命长的中高温相变材料，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上无机相变材料的缺点，本发明的目的在于提供一种热稳定性好、相变潜热大、价格低廉原料丰富、环境友好型的高性能中高温相变材料。
本发明的技术方案如下：
一种高性能中高温钠基组合物相变材料，由硝酸钠与氯化钠两组份按一定质量比混合或硝酸钠与硫酸钠两组份按一定质量比混合或硝酸钠与氯化钠与硫酸钠三组份按一定质量比混合制成，相变温度为280～308℃，相变潜热为170～200kJ/kg，储热密度为400～470MJ/m3。
而且，硝酸钠与氯化钠的质量比为80～90:10～20；硝酸钠与硫酸钠的质量比为80～90:10～20；硝酸钠与氯化钠与硫酸钠的质量比为85～90:1～15:15～1。
而且，硝酸钠与氯化钠的质量比为85:15；硝酸钠与硫酸钠的质量比为85:15；硝酸钠与氯化钠与硫酸钠的质量比为85～89:5～9:10～5。
而且，将硝酸钠、氯化钠、硫酸钠研磨成粉末，50～60℃保温，按照比例进一步研磨混合均匀，将混合料放置于管式炉中升温使混合料熔化，再降温使其凝固，得到产品。
而且，所述的升温是从30℃升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时。
而且，所述的降温是从350℃降温至30℃，降温速率为5℃/min。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明具有280～308℃的相变温度，并且该组化合物有较高的相变潜热，可以达到170～200kJ/kg，储热密度可达400～470MJ/m3，循环多次后具有较高的稳定性。
2、本发明原料来源丰富，无毒、无腐蚀，制备方法简单，生产便利，在熔融后成均匀的流体状态，易于封装。
附图说明：
图1为本发明中制备方法的工艺流程图。
具体实施方法
本发明提供了一种高性能中高温钠基组合物相变材料的制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。
实施例1：
本实施中提供了一种高性能中高温钠基组合物相变材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将硝酸钠和氯化钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠和氯化钠粉末按比例混合，其硝酸钠和氯化钠的混合重量比例为85:15，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时，降温至30℃，降温速率为5℃/min，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为300.88℃，相变潜热为176.56kJ/kg，储热密度为395.97MJ/m3。
实施例2：
本实施中提供了一种高性能中高温钠基组合物相变材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将硝酸钠和硫酸钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠和硫酸钠粉末按比例混合，其硝酸钠和硫酸钠的混合重量比例为85:15，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时，降温至30℃，降温速率为5℃/min，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为305.543℃，相变潜热为126.53kJ/kg，储热密度为293.606MJ/m3。
实施例3：
本实施中提供了一种高性能中高温钠基组合物相变材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠粉末按比例混合，其硝酸钠、氯化钠和硫酸钠的混合重量比例为87:7:6，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时，降温至30℃，降温速率为5℃/min，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为299.507℃，相变潜热为168.172kJ/kg，储热密度为384MJ/m3。
实施例4：
(1)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠粉末按比例混合，其硝酸钠、氯化钠和硫酸钠的混合重量比例为87:5:8，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时，降温至30℃，降温速率为5℃/min，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为297.826℃，相变潜热为182.123kJ/kg，储热密度为416.377MJ/m3。
实施例5：
(1)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠粉末按比例混合，其硝酸钠、氯化钠和硫酸钠的混合重量比例为89:5:6，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时，降温至30℃，降温速率为5℃/min，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为298.972℃，相变潜热为198.764kJ/kg，储热密度为452.741MJ/m3。
实施例6：
(1)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠粉末按比例混合，其硝酸钠、氯化钠和硫酸钠的混合重量比例为85:5:10，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时，降温至30℃，降温速率为5℃/min，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为298.691℃，相变潜热为189.144kJ/kg，储热密度为442.567MJ/m3。
实施例7：
(1)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠粉末按比例混合，其硝酸钠、氯化钠和硫酸钠的混合重量比例为87:8:5，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温一小时，降温至30℃，降温速率为5℃/min，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为300℃，相变潜热为172.85kJ/kg，储热密度为392.506MJ/m3。
实施例8：
(1)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠研磨成粉末状，放置在50-60℃保温备用；
(2)将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠粉末按比例混合，其硝酸钠、氯化钠和硫酸钠的混合重量比例为86:9:5，并研磨使其混合充分；
(3)将研磨混合后的粉末放置于管式炉中通过升温至350℃，保温一小时，降温凝固达到混合均匀的目的；
(4)将其倒入容器中进行封装。
该实施的测试结果如表1所示，此组分的相变温度为298.442℃，相变潜热为179.248kJ/kg，储热密度为406.870MJ/m3。
表1
Figure BDA0002218936230000051
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高性能中高温钠基组合物相变材料，其特征在于：由硝酸钠与氯化钠两组份按一定质量比混合或硝酸钠与硫酸钠两组份按一定质量比混合或硝酸钠与氯化钠与硫酸钠三组份按一定质量比混合制成，相变温度为280～308℃，相变潜热为170～200kJ/kg，储热密度为400～470MJ/m3。
2.根据权利要求1所述的高性能中高温钠基组合物相变材料，其特征在于：硝酸钠与氯化钠的质量比为80～90:10～20；硝酸钠与硫酸钠的质量比为80～90:10～20；硝酸钠与氯化钠与硫酸钠的质量比为85～90:1～15:15～1。
3.根据权利要求2所述的高性能中高温钠基组合物相变材料，其特征在于：硝酸钠与氯化钠的质量比为85:15；硝酸钠与硫酸钠的质量比为85:15；硝酸钠与氯化钠与硫酸钠的质量比为85～89:5～9:10～5。
4.根据权利要求1或2或3所述的高性能中高温钠基组合物相变材料的制备方法，其特征在于：将硝酸钠、氯化钠、硫酸钠研磨成粉末，50～60℃保温，按照比例进一步研磨混合均匀，将混合料放置于管式炉中升温使混合料熔化，再降温使其凝固，得到产品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的升温是从30℃升温至350℃，升温速率为5℃/min，保温1小时。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的降温是从350℃降温至30℃，降温速率为5℃/min。
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