CN113480981B - 一种高温相变储热元件的制备方法和由此形成的储热元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温相变储热元件的制备方法，其包括提供石墨导热剂、粘结剂和三元盐相变材料；将石墨导热剂和粘结剂混合后破碎成粉体，将得到的粉体与三元盐相变材料均匀混合，放入模具中；以500‑700℃的烧结温度在100‑250MPa下压制成形，得到高温相变储热元件。本发明还涉及上述的制备方法形成的储热元件。根据本发明的高温相变储热元件，采用石墨作为导热剂，使得高温相变储热元件的封装材料和高温相变材料能够更好地兼容，并具有良好的热循环性能，而且，石墨具有较高的热导率，经与粘结剂混合烧结后，形成联通的导热骨架，为相变储热材料提供导热通道，从而使得本发明提供的高温相变储热元件具有高的换热效率。

Description

一种高温相变储热元件的制备方法和由此形成的储热元件
技术领域
本发明涉及相变储热材料，更具体地涉及一种高温相变储热元件的制备方法和由此形成的储热元件。
背景技术
相变储热材料通过相变吸收或释放大量热量，来实现能量的存储和利用，可以有效解决热能供求不匹配的矛盾。因此，相变储热技术被广泛应用于上述具有间断性或不稳定性的热管理领域。中低温(室温-200℃)相变储热技术发展相对成熟，而适用于核能和太阳能热存储的高温无机盐类(氯盐、碳酸盐和硝酸盐等，相变点200-1000℃)相变储热技术相对滞后。这是由于无机盐类相变储热材料虽然具有较高的储热密度，但一般导热系数较低，影响系统换热效率。此外，高温无机盐类相变储热材料在热存储和释放过程中，经历固-液或固-固相变过程，易发生膨胀泄漏和腐蚀容器管路的问题。因此，一直以来，高温无机盐类相变储热材料的强化传热、组装和器件化是限制其广泛应用的重要问题。
目前，金属材料是已知的中低温相变材料的封装载体，其具有热导率高和易加工的优点，具体地，中低温相变材料与不锈钢等利用传统的填充床储热系统来形成元器件。但是，对于高温相变材料，金属等导热剂和骨架材料无法满足温度、热膨胀和兼容性的要求，存在密度大、易腐蚀和高温热稳定性差等缺点。
发明内容
为了解决上述现有技术中的高温无机盐类相变储热材料热导率低、易腐蚀和不易成型等问题，本发明提供一种高温相变储热元件的制备方法和由此形成的储热元件。
根据本发明的高温相变储热元件的制备方法，其包括以下步骤：S1，提供石墨导热剂、粘结剂和三元盐相变材料；S2，将石墨导热剂和粘结剂混合后破碎成粉体，将得到的粉体与三元盐相变材料均匀混合，放入模具中；S3，以500-700℃的烧结温度在100-250MPa下压制成形，得到高温相变储热元件。
优选地，石墨导热剂是天然鳞片和/或人造石墨等碳材料。更优选地，提供石墨导热剂的步骤包括将得到的石墨导热剂经2500℃高温纯化处理去除杂质。
优选地，粘结剂为酚醛树脂。应该理解，粘结剂还可以是其他碳材料前驱体，如中间相沥青等。
优选地，三元盐相变材料为熔点200-1000℃的中高温相变储热材料粉体或胶囊或颗粒。在优选的实施例中，该三元盐相变材料的相变温度为465.5℃。在优选的实施例中，该三元盐相变材料为通过高温混合共熔制备得到共晶盐。在优选的实施例中，该三元盐相变材料为氯盐相变储热材料。应该理解，该三元盐相变材料也可以是其他高熔点相变储热材料粉体或胶囊或颗粒。更优选地，提供三元盐相变材料的步骤包括通过高温混合共熔制备得到三元盐相变材料。应该理解，该三元盐相变材料也可以通过其他方法得到，如储热微胶囊或未经胶囊包覆的纯相变材料及其混合物。
优选地，在步骤S2中，粘结剂按既定比例与石墨导热剂预先均匀混合。应该理解，通过该预混可以提高石墨导热剂的骨架连通性，以到达较好的储热效率。更优选地，石墨导热剂和粘结剂的质量比为4：1。
优选地，在步骤S2中，石墨导热剂和粘结剂混合后破碎成粒径均匀的粉体。
优选地，在步骤S2中，石墨导热剂在混合物中的添加质量百分数为5％-20％。在优选的实施例中，粉体和三元盐相变材料的质量比为3:2，石墨导热剂在混合物中的添加质量百分数为15％。
优选地，步骤S3中的压制成形为放电等离子烧结成形。应该理解，通过模压成形具有成品率高、质量稳定、且适合工业化生产的优势。
优选地，步骤S3中的烧结温度比三元盐相变材料的熔点高50-100℃。应该理解，温度过高容易造成储热盐蒸发。
本发明还提供上述的制备方法形成的储热元件。
根据本发明的高温相变储热元件，其通过石墨增强导热，具体地，采用石墨(熔点3000℃，热导率50-1000W/mK)作为导热剂，比金属(熔点2000℃左右，热导率100-200W/mK)更耐高温和耐腐蚀，从而使得高温相变储热元件的封装材料和高温相变材料能够更好地兼容，并具有良好的热循环性能，而且，石墨具有较高的热导率，经与粘结剂混合烧结后，形成联通的导热骨架，为相变储热材料提供导热通道，从而使得本发明提供的高温相变储热元件具有高的换热效率。另外，本发明提供的高温相变储热元件由石墨导热剂和粘结剂形成骨架，装载的相变材料更多，从而使得本发明提供的高温相变储热元件具有高的储热密度，最终提供一种有效的封装高温相变材料的元器件。特别地，通过控制压制压力和材料配比，本发明提供的高温相变储热元件的相变材料装载量和密度可以进行调控。
具体实施方式
下面给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
实施例1
NaCl、KCl、MgCl2以共晶比5:3:2进行球磨混合，烘干，在2个大气压和氩气保护的反应釜中加热到560℃，平衡4个小时直到盐完全熔化，形成均匀的三元盐。
将天然鳞片石墨经2500℃高温纯化处理以去除杂质，得到石墨导热剂。
将酚醛树脂和纯化后的天然鳞片石墨按质量比为1：4均匀混合，并破碎成粉体，形成骨架材料。
骨架材料和三元盐按照质量比为3:2的比例均匀混合形成预混料。
采用放电等离子烧结工艺在压力为220MPa，温度为500℃的条件下压制成型，得到柱状的储热元件。
三元盐的热导率为1.2W/mK，储热元件的热导率为6.5W/mK，导热性被增强。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (8)

1.一种高温相变储热元件的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
S1，提供石墨导热剂、粘结剂和三元盐相变材料，石墨导热剂是天然鳞片和/或人造石墨，粘结剂为酚醛树脂；
S2，将石墨导热剂和粘结剂混合后破碎成粉体，将得到的粉体与三元盐相变材料均匀混合，放入模具中；
S3，以500-700℃的烧结温度在100-250MPa下压制成形，其中，石墨导热剂与粘结剂烧结后形成联通的导热骨架以提供导热通道，得到高温相变储热元件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，三元盐相变材料为熔点200-1000℃的中高温相变储热材料粉体或胶囊或颗粒。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，粘结剂按既定比例与石墨导热剂预先均匀混合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，石墨导热剂和粘结剂混合后破碎成粒径均匀的粉体。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，石墨导热剂在混合物中的添加质量百分数为5%-20%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中的压制成形为放电等离子烧结成形。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中的烧结温度比三元盐相变材料的熔点高50-100℃。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法形成的储热元件。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103525376A (zh) * 2013-09-18 2014-01-22 中国科学院过程工程研究所 一种工业余热回收用储热材料、制备方法及用途
CN107245325A (zh) * 2017-06-22 2017-10-13 华北电力大学 一种中高温定型复合相变储热材料及其制备方法
CN107502297A (zh) * 2017-08-22 2017-12-22 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种多元硝酸盐/石墨烯/纳米颗粒定型复合相变储热材料及其制备方法
CN110451966A (zh) * 2019-09-05 2019-11-15 中国地质大学（北京） 一种天然鳞片石墨基高导热石墨泡沫材料及其制备方法
CN110616064A (zh) * 2019-10-15 2019-12-27 中国科学技术大学先进技术研究院 一种相变材料及其制备方法与应用
CN110776876A (zh) * 2019-09-30 2020-02-11 鞍钢股份有限公司 垃圾焚烧发电烟灰为基体的复合相变储热材料及制备方法
CN111793474A (zh) * 2020-07-24 2020-10-20 中国科学院上海应用物理研究所 一种膨胀石墨增强导热的陶瓷基定型高温相变储热元件的组装方法和由此形成的储热元件
CN112299848A (zh) * 2019-07-25 2021-02-02 国家能源投资集团有限责任公司 高温蓄热材料及其制备方法和复合材料及其应用以及高温蓄热装置
CN112574718A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 黄冈师范学院 一种中低温用水合盐/改性膨胀石墨定型相变蓄热材料及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103525376A (zh) * 2013-09-18 2014-01-22 中国科学院过程工程研究所 一种工业余热回收用储热材料、制备方法及用途
CN107245325A (zh) * 2017-06-22 2017-10-13 华北电力大学 一种中高温定型复合相变储热材料及其制备方法
CN107502297A (zh) * 2017-08-22 2017-12-22 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种多元硝酸盐/石墨烯/纳米颗粒定型复合相变储热材料及其制备方法
CN112299848A (zh) * 2019-07-25 2021-02-02 国家能源投资集团有限责任公司 高温蓄热材料及其制备方法和复合材料及其应用以及高温蓄热装置
CN110451966A (zh) * 2019-09-05 2019-11-15 中国地质大学（北京） 一种天然鳞片石墨基高导热石墨泡沫材料及其制备方法
CN110776876A (zh) * 2019-09-30 2020-02-11 鞍钢股份有限公司 垃圾焚烧发电烟灰为基体的复合相变储热材料及制备方法
CN112574718A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 黄冈师范学院 一种中低温用水合盐/改性膨胀石墨定型相变蓄热材料及其制备方法
CN110616064A (zh) * 2019-10-15 2019-12-27 中国科学技术大学先进技术研究院 一种相变材料及其制备方法与应用
CN111793474A (zh) * 2020-07-24 2020-10-20 中国科学院上海应用物理研究所 一种膨胀石墨增强导热的陶瓷基定型高温相变储热元件的组装方法和由此形成的储热元件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Thermal properties of eutectic salts/ceramics/expanded graphite composite phase change materials for high-temperature thermal energy storage;Xiaofeng Ran;《Solar Energy Materials and Solar Cells》;20210310(第225期);第11047页 *

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