CN115124975A - 一种高密度、大热容量的电相变蓄热材料及其制备方法 - Google Patents

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严军华
于国强
马振国
丁薛峰
李文
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Abstract

本发明公开了一种高密度、大热容量的电相变蓄热材料及其制备方法，所述的相变蓄热材料包括主体材料、增强材料和改性剂，其质量百分含量为：蓄热主体材料95‑99％、增强材料0.03‑3％、改性剂0.1‑2％，蓄热主体材料为十水硼砂或者四硼酸钠，增强材料为碳材料、复合纳米颗粒、金属或金属氧化物粉末和三维泡沫中的一种或者几种组成，改性剂为水、纤维、高分子材料中的一种或几种组成；本发明通过选择合适的材料组成，可以减小相分离现象和过冷度，表现出良好的稳定性，蓄热材料具有高密度和大热容量的特性，通过增强材料的添加，构建的导热网络可以提高蓄热材料导热能力2倍以上。此蓄热材料制备过程简便，后期加工容易，容器相容性高，生产便利，在清洁供暖领域具有比较潜在的应用价值。

Description

一种高密度、大热容量的电相变蓄热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可用于中低温的相变蓄热材料，属于无机水合盐相变材料储能领域
背景技术
能源作为经济发展的核心力量，能源在供给和调配等方面出现明显的不协调性，比如如电力负荷的峰谷差、太阳能和风能等的间歇性、工业生产中的间歇性运转等。因此，开发新能源以及提高能源的利用率受到极大的重视。
能量的储存技术是使用储能材料将太阳能的热能、工业余热、以及一些低品质的能量高效的储存起来，可以在极大限度上提高整个系统的能量利用率的一种技术。目前，使用相变储能材料储存能量是应用范围以及技术手段比较成熟的一种能量存储技术。
蓄热的主要方式包含显热、潜热(相变)、化学热等其他方式，相变储能主要是利用相变材料在发生可逆相变的过程中的吸热和放热进行能量的存储与释放。相变储能具有储能密度高、温度恒定、毒性和腐蚀性较低等优点，尤其是无机水合盐材料作为相变储能材料具有比较好的应用前景。
但是，由于无机水合盐材料存在过冷和相分离的问题，过冷导致在释放能量的时候效率降低，相分离会导致相变材料使用过程中析出。因此，对储能材料性能的稳定性和储能效率产生不利的影响，在实际的生产应用中，降低过冷度、减少相分离、提高热导率等方面是亟待解决的问题。
基于以上背景研究，寻找一种降低过冷、减小相分离，提高材料的稳定性的储能材料，可以为储能材料的大规模使用提供核心的发展技术。
发明内容
本发明对于无机水合盐材料在相变储能中存在的不足，提出一种过冷度小，循环稳定性较好的高密度、大热容量的电相变蓄热材料，该材料具有高密度，价格低廉，容器相容性高。
本发明的相变蓄热材料包括蓄热主体材料、增强材料和改性剂，所述蓄热主体材料、增强材料和改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料95-99％、增强材料0.03- 3％、改性剂0.1-2％。
优选的，相变蓄热材料包括蓄热主体材料和改性剂，所述蓄热主体材料、改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料98％、改性剂2％。
优选的，相变蓄热材料包括蓄热主体材料、增强材料和改性剂，所述蓄热主体材料、增强材料、改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料98％、增强材料1.5％、改性剂0.5％。
优选的，所述蓄热主体材料为结晶水合盐，所述结晶水合盐为十水硼砂或者四硼酸钠。
优选的，所述蓄热主体材料的改性剂为水、纤维、高分子材料中的一种或几种组成。所述的改性剂为水、纤维、高分子材料中的一种或几种组成。
优选的，所述蓄热主体材料的增强材料为碳材料、复合纳米颗粒、金属或金属氧化物粉末和3D泡沫中的一种或者几种组成。
上述的相变蓄热材料主要是为十水硼砂或者四硼酸钠作为主体，跟现有的储能材料相比具有以下特点：
1.相变材料主要为一种主材料，用料为工业级的原料，成本价格低廉、易得；
2.循环稳定性能高。本发明在蓄热主体材料中，选取合适的增强材料和改性剂，优化材料配方，可以降低材料在循环过程中的过冷度；材料在释热过程中具有比较好的结晶性能，材料不会出现相分离现象，具有比较好的循环稳定性；
3.导热性能高。相变蓄热材料本身具有的低导热系数的缺陷，本发明在蓄热主体材料中添加增强材料，且增强材料均匀的分散在蓄热主体材料之中，在相变蓄热体系中可以起到构建导热网络和支撑材料的作用，极大的提高蓄热主体材料的导热性能，可以提高2倍以上，增强材料的应用环境；
4.对于金属材料的腐蚀验证中，蓄热主体材料具有比较高的容器相容性，不锈钢和铜管都未出现明显腐蚀，腐蚀速率较低，为工业应用奠定基础。
附图说明
图1是对实施例2中所制得的相变储热材料进行循环稳定性的测试图；
图2是对实施例2中所制得的相变储热材料进行DSC测试的曲线图；
图3为实施例3中的相变储热材料对铜管的腐蚀速率图。
具体实施方式
本发明提供了一种蓄热相变材料，通过确定合适的材料和组成比例，减小了过冷度和相分离的现象，相变蓄热材料表现出比较良好的循环稳定性；此外，在蓄热相变主体材料中加入增强材料后，可以构建导热网络，进而增强蓄热材料的导热能提升2 倍以上。该相变储能材料是由蓄热主体材料、增强材料和改性剂组成，所述蓄热主体材料、增强材料和改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料95-99％、增强材料0.03- 3％、改性剂0.1-2％。优选的，相变蓄热材料包括蓄热主体材料和改性剂，所述蓄热主体材料、改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料98％、改性剂2％；优选的，相变蓄热材料包括蓄热主体材料、增强材料和改性剂，所述蓄热主体材料、增强材料、改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料98％、增强材料1.5％、改性剂0.5％。
下面结合附图和具体实施例对本发明作以下进一步说明：
实施1
在聚四氟乙烯水合反应釜中加入49g十水硼砂，注入0.75g活性炭，0.25g 水，待混合均匀后，置于300±5℃的马弗炉中进行水热反应2h，待反应完成后，静置到室温完全冷却，即得到相变蓄热材料。对相变蓄热材料进行后续的循环稳定性试验，待循环完成后进行DSC和导热性能监测。样品循环3000次，材料表现出良好的稳定性，焓值为188.3KJ/Kg，密度为1.72kg/cm3，导热性能是未添加增强材料的2.1 倍。
实施2
在聚四氟乙烯水合反应釜中加入49g十水硼砂，注入0.75g膨胀石墨，0.25g 水，待混合均匀后，置于300±5℃的马弗炉中进行水热反应2h，待反应完成后，静置到室温完全冷却，即得到相变蓄热材料。对相变蓄热材料进行后续的循环稳定性试验，待循环完成后进行DSC和导热性能监测。样品循环3000次，材料表现出良好的稳定性，焓值为188.7KJ/Kg，密度为1.75kg/cm3，导热性能是未添加增强材料的2.2 倍。
实施3
在聚四氟乙烯水合反应釜中加入49g十水硼砂，注入0.75g膨胀石墨，0.25g 水，待混合均匀后，置于300±5℃的马弗炉中进行水热反应2h，待反应完成后，静置到室温完全冷却，即得到相变蓄热材料。分别将清洁干净的铜管(外径9mm，内径8mm)放入容器中，密封，置于90℃的烘箱中，待36h、300h、500h、1000h观察腐蚀速率。如图3所示，实验所得：铜管的平均腐蚀速率为0.0046mm/a，蓄热材料对铜管的相容性较高。根据苏联的金属腐蚀十极标准，铜都是对相变蓄热材料属于耐腐蚀材料，侧面说明材料具有比较低的腐蚀强度，可以在实际生产应用中提高反应容器的使用寿命。
本发明不受上述实施方式的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理都可包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种相变蓄热材料，其特征为：包括蓄热主体材料、增强材料和改性剂，所述蓄热主体材料、增强材料和改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料95-99％、增强材料0.03-3％、改性剂0.1-2％。
2.如权利要求1所述的相变蓄热材料，其特征在于，所述蓄热主体材料、改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料98％、改性剂2％。
3.如权利要求1所述的相变蓄热材料，其特征在于，所述蓄热主体材料、增强材料、改性剂的质量百分含量为：蓄热主体材料98％、增强材料1.5％、改性剂0.5％。
4.如权利要求1至3中任一项所述的相变蓄热材料，其特征在于，所述的蓄热主体材料为结晶水合盐，所述结晶水合盐为十水硼砂或者四硼酸钠。
5.如权利要求1至3中任一项所述的相变蓄热材料，其特征在于，所述的改性剂为水、纤维、高分子材料中的一种或几种组成。
6.如权利要求1和3中任一项所述的相变蓄热材料，其特征在于，所述的增强材料为碳材料、复合纳米颗粒、金属或金属氧化物粉末和三维泡沫中的一种或者几种组成。
7.一种相变蓄热材料，其特征为：包括蓄热主体材料、增强材料和改性剂，其制备方法如下：
在聚四氟乙烯水合反应釜中加入蓄热主体材料十水硼砂或者四硼酸钠质量百分数为95-99％，注入增强材料质量百分数为0.03-3％、改性剂质量百分数为0.1-2％，待混合均匀后，置于反应釜中，300±5℃的马弗炉中进行水热反应2h，待反应完成后，静置到室温完全冷却，得到一种高密度、大热容量的相变蓄热材料。
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