CN112552880A - 一种相变储能材料及热管理系统 - Google Patents

一种相变储能材料及热管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热管理技术领域，且公开了一种相变储能材料，由以下原料制成：无机水合盐、防过冷剂、成核剂、聚丙烯酸钠和多孔吸附基质，包括以下步骤：(1)、把无机水合盐和防过冷剂放置在一起，搅拌混合，制得水合无机盐溶液。该相变储能材料及热管理系统，通过具有双温度段的控温能力，解决了相变石蜡单一控温的能力缺陷，能更全面地实现对电池组的温度调控，在其制备过程时加入防过冷剂及聚丙烯酸钠；其中，防过冷剂可以有效地防止水合无机盐相变材料在进行相变过程时出现的过冷现象，而聚丙烯酸钠具有增稠作用，可以使水合无机盐相变材料在进行多次循环后还能保持相变材料的均匀性，有效地避免水合无机盐相变材料的相分离及分层现象。

Description

一种相变储能材料及热管理系统
技术领域
本发明涉及热管理技术领域，具体为一种相变储能材料及热管理系统。
背景技术
相变储能材料是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质，转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。
目前，由于高级脂肪烃、高级脂肪醇、烷烃型石蜡等有机相变材料温度合适、稳定性好、成本低，成为了相变材料电池热管理的热点。但是，有机相变材料价格昂贵，在实际应用中存在着经济效益的问题，更重要的是，上述有机相变材料控温段单一，在电池热失控阶段的应用还需要其他热管理手段的辅助，同时存在着可燃的风险，现有相变低温储能材料主要以Na2SO4·10H2O为主原料，其单位质量储能热值极大，约为241焦/克；但是，Na2SO4·10H2O的融解过程属于非均匀融解，其存在严重的过冷与相分离现象，且纯Na2SO4·10H2O在经过3～4次热循环后，体系中就出现明显的分层。
发明内容
本发明提供了一种相变储能材料及热管理系统，具备能够双温度段控温作用，同时其阻燃性有效防止电池组因过热出现的燃烧问题，以及防止相变储能材料出现分层现象的优点，解决了背景技术提出问题。
本发明提供如下技术方案：一种相变储能材料，由以下原料制成：无机水合盐、防过冷剂、成核剂、聚丙烯酸钠和多孔吸附基质。
包括以下步骤：
(1)、把无机水合盐和防过冷剂放置在一起，搅拌混合，制得水合无机盐溶液。
(2)、向步骤(1)的内部加入成核剂和聚丙烯酸钠，持续搅拌直至完全融合。
(3)、向步骤(2)中的混合物加入到多孔吸附基质中，持续搅拌至混合物完全吸附至多孔基质中。
(4)、冷却凝固，得到无机盐水合物相变储能材料。
优选的，所述防过冷剂为四硼酸钠，所述成核剂包括石墨粉、铝粉、十水磷酸钠、硫酸钾、氯化钾的一种或两种以上，所述无机盐为硫酸钠、硫酸氢纳或氯化钙。
优选的，所述聚丙烯酸钠是由丙烯酸、水和NaHPO3加热搅拌混合，制得丙烯酸溶液，(NH4)2S2O8加入到水中，搅拌混合，制得(NH4)2S2O8溶液，并且将(NH4)2S2O8溶液滴加到步骤丙烯酸溶液中，保温搅拌，制得聚丙烯酸溶液，将氢氧化钠加入到步骤制得的聚丙烯酸溶液中，搅拌混合，制得稠状聚丙烯酸钠溶液，在制得聚丙烯酸溶液时搅拌混合的保温温度为70℃，并持续搅拌大概1.5个小时左右。
优选的，所述多孔吸附基质包括膨胀石墨、石墨、石墨粉、铝颗粒、蜂窝状铝板、碳纤维中的一种。
优选的，所述步骤(1)中搅拌混合时的温度保持在50至7℃，步骤(4)中凝固的条件为密封，且温度保持在-30℃至30摄氏度。
优选的，所述步骤(1)和步骤(2)的搅拌方式为磁力搅拌，步骤(3)中的搅拌方式为机械搅拌。
一种热管理系统，包括由多个锂离子电池通过串联或并联的形式组成电池组，用于供电，
电池组之间填充无机盐水合物相变储能材料，并在无机盐水合物相变储能材料的表面附着聚氨酯灌胶，且在无机盐水合物相变储能材料与聚氨酯灌胶之间通过锡箔纸进行隔离，从而保证无机盐水合物相变储能材料的正常使用。
本发明具备以下有益效果：
1、该相变储能材料及热管理系统，通过具有双温度段的控温能力，解决了相变石蜡单一控温的能力缺陷，能更全面地实现对电池组的温度调控，在其制备过程时加入防过冷剂及聚丙烯酸钠；其中，防过冷剂可以有效地防止水合无机盐相变材料在进行相变过程时出现的过冷现象，而聚丙烯酸钠具有增稠作用，可以使水合无机盐相变材料在进行多次循环后还能保持相变材料的均匀性，有效地避免水合无机盐相变材料的相分离及分层现象；同时，还可以避免水合无机盐相变材料在合成过程中所出现的不同批次间的差异性，保持储能能力的稳定性，使得该相变储能材料能够长时间的进行使用，且封装后，重复熔化凝固过程达500次后，相变焓值变化仍小于10％，相变温度变化仍小于3℃。
2、该相变储能材料及热管理系统，通过无机物代替有机物进行相变储能材料的使用，使得相变储能材料能够具有良好的电池控制温度控制性能，且无机物相变储能材料的稳定性好，成本低，较于有机物相变储能材料更加有利于进行推广使用，且无机物相变储能材料的能够具有双控温度段的控温能力，避免出现有机物相变材料控温段单一的问题，使得无机物储能材料能够更加使用于市场。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图；
图2为本发明系统流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。
请参阅图1-2，一种相变储能材料，由以下原料制成：无机水合盐、防过冷剂、成核剂、聚丙烯酸钠和多孔吸附基质。
包括以下步骤：
(1)、把无机水合盐和防过冷剂放置在一起，搅拌混合，制得水合无机盐溶液。
(2)、向步骤(1)的内部加入成核剂和聚丙烯酸钠，持续搅拌直至完全融合。
(3)、向步骤(2)中的混合物加入到多孔吸附基质中，持续搅拌至混合物完全吸附至多孔基质中。
(4)、冷却凝固，得到无机盐水合物相变储能材料。
其中，防过冷剂为四硼酸钠，所述成核剂包括石墨粉、铝粉、十水磷酸钠、硫酸钾、氯化钾的一种或两种以上，所述无机盐为硫酸钠、硫酸氢纳或氯化钙。
其中，聚丙烯酸钠是由丙烯酸、水和NaHPO3加热搅拌混合，制得丙烯酸溶液，(NH4)2S2O8加入到水中，搅拌混合，制得(NH4)2S2O8溶液，并且将(NH4)2S2O8溶液滴加到步骤丙烯酸溶液中，保温搅拌，制得聚丙烯酸溶液，将氢氧化钠加入到步骤制得的聚丙烯酸溶液中，搅拌混合，制得稠状聚丙烯酸钠溶液，在制得聚丙烯酸溶液时搅拌混合的保温温度为70℃，并持续搅拌大概1.5个小时左右。
其中，多孔吸附基质包括膨胀石墨、石墨、石墨粉、铝颗粒、蜂窝状铝板、碳纤维中的一种。
其中，步骤(1)中搅拌混合时的温度保持在50至7℃，步骤(4)中凝固的条件为密封，且温度保持在-30℃至30摄氏度。
其中，步骤(1)和步骤(2)的搅拌方式为磁力搅拌，步骤(3)中的搅拌方式为机械搅拌。
一种热管理系统，包括由多个锂离子电池通过串联或并联的形式组成电池组，用于供电，
电池组之间填充无机盐水合物相变储能材料，并在无机盐水合物相变储能材料的表面附着聚氨酯灌胶，且在无机盐水合物相变储能材料与聚氨酯灌胶之间通过锡箔纸进行隔离，从而保证无机盐水合物相变储能材料的正常使用，可将电池工作的最高温度从60℃降低至45℃以下，最大温差控制在2.5℃以下，保持电池处于最佳工作温度内，同时保证电池组的温度一致性，很好地保证了电池的工作性能；在电池持续升温过程中，无相变储能材料时，电池在100s内迅速升温至200℃以上，促使电池热失控，无机盐水合物相变储能材料可保证电池200s内温度不超过热失控温度120℃，加上材料具有良好的阻燃性，提高电池组的安全性能，较好地实现电池热失控防护。
其中，该种无机盐水合物相变储能材料具有双温度段的控温能力，解决了相变石蜡单一控温的能力缺陷，能更全面地实现对电池组的温度调控，在其制备过程时加入防过冷剂及聚丙烯酸钠；其中，防过冷剂可以有效地防止水合无机盐相变材料在进行相变过程时出现的过冷现象，而聚丙烯酸钠具有增稠作用，可以使水合无机盐相变材料在进行多次循环后还能保持相变材料的均匀性，有效地避免水合无机盐相变材料的相分离及分层现象；同时，还可以避免水合无机盐相变材料在合成过程中所出现的不同批次间的差异性，保持储能能力的稳定性，使得该相变储能材料能够长时间的进行使用，且封装后，重复熔化凝固过程达500次后，相变焓值变化仍小于10％，相变温度变化仍小于3℃。
其中，通过无机物代替有机物进行相变储能材料的使用，使得相变储能材料能够具有良好的电池控制温度控制性能，且无机物相变储能材料的稳定性好，成本低，较于有机物相变储能材料更加有利于进行推广使用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种相变储能材料，其特征在于：由以下原料制成：无机水合盐、防过冷剂、成核剂、聚丙烯酸钠和多孔吸附基质。
2.根据权利要求1所述的一种相变储能材料，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、把无机水合盐和防过冷剂放置在一起，搅拌混合，制得水合无机盐溶液。
(2)、向步骤(1)的内部加入成核剂和聚丙烯酸钠，持续搅拌直至完全融合。
(3)、向步骤(2)中的混合物加入到多孔吸附基质中，持续搅拌至混合物完全吸附至多孔基质中。
(4)、冷却凝固，得到无机盐水合物相变储能材料。
3.根据权利要求1所述的一种相变储能材料，其特征在于：所述防过冷剂为四硼酸钠，所述成核剂包括石墨粉、铝粉、十水磷酸钠、硫酸钾、氯化钾的一种或两种以上，所述无机盐为硫酸钠、硫酸氢纳或氯化钙。
4.根据权利要求1所述的一种相变储能材料，其特征在于：所述聚丙烯酸钠是由丙烯酸、水和NaHPO3加热搅拌混合，制得丙烯酸溶液，(NH4)2S2O8加入到水中，搅拌混合，制得(NH4)2S2O8溶液，并且将(NH4)2S2O8溶液滴加到步骤丙烯酸溶液中，保温搅拌，制得聚丙烯酸溶液，将氢氧化钠加入到步骤制得的聚丙烯酸溶液中，搅拌混合，制得稠状聚丙烯酸钠溶液，在制得聚丙烯酸溶液时搅拌混合的保温温度为70℃，并持续搅拌大概1.5个小时左右。
5.根据权利要求1所述的一种相变储能材料，其特征在于：所述多孔吸附基质包括膨胀石墨、石墨、石墨粉、铝颗粒、蜂窝状铝板、碳纤维中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种相变储能材料，其特征在于：所述步骤(1)中搅拌混合时的温度保持在50至7℃，步骤(4)中凝固的条件为密封，且温度保持在-30℃至30摄氏度。
7.根据权利要求1所述的一种相变储能材料，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)的搅拌方式为磁力搅拌，步骤(3)中的搅拌方式为机械搅拌。
8.一种热管理系统，其特征在于：包括由多个锂离子电池通过串联或并联的形式组成电池组，用于供电，其特征在于：
电池组之间填充无机盐水合物相变储能材料，并在无机盐水合物相变储能材料的表面附着聚氨酯灌胶，且在无机盐水合物相变储能材料与聚氨酯灌胶之间通过锡箔纸进行隔离，从而保证无机盐水合物相变储能材料的正常使用。
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