CN1935932A

CN1935932A - 一种高导热复合相变储能材料及其制备方法

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Publication number: CN1935932A
Application number: CN 200610021846
Authority: CN
Inventors: 邓龙江; 王守绪; 翁小龙
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-03-28

Abstract

一种高导热复合相变储能材料及其制备方法，属于复合相变储能材料技术领域。其材料由无机金属多孔连续材料、相变储能材料和封孔材料复合而成；其中，相变储能材料为均匀分布于无机金属多孔连续材料的孔中的固－液相变储能材料，整个材料表面用封孔材料密封。其制备方法以无机金属多孔连续材料为载体，以固－液相变储能材料为功能物质；将清洁的载体浸入液态功能物质中(必要时加入适量的添加剂并混合均匀)，让其充分吸附，最后降温固化并封孔。所述材料具有导热率高、易成型、相变温度稳定、化学稳定性高等特点；所述制备方法经济、简便、实用、易于推广应用。本发明可广泛应用于制造高性能散热板、太阳能储存、废热(冷)的利用等多种技术领域。

Description

一种高导热复合相变储能材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及复合相变储能材料结构及其制备。

背景技术

相变材料作为一种能量转换与储存材料的研究始于20世纪40年代，2001年由美国等开展的Annex17计划(先进相变储能和化学储能技术与材料)进一步推动了该领域的研究。相变材料的工作原理是通过材料物相变化过程中伴随的能量变化，实现对环境的热(冷)量的吸收与放出，从而达到能量储存与控制周围环境温度之目的。近年来，能源危机、精密电子器件的散热等问题日愈成为世界上人们关注的热点，推动了相变材料在太阳能储存、能量利用与转换、废热与废冷利用、电站电力调峰、体系温度控制等技术领域内的研究，许多研究成果已经获得了实际应用。

相变材料的种类很多，根据目前的实际应用情况，按照相变材料的相变特点，可将它们分为：固—液相变材料、固—气相变材料、固—固相变材料、液—气相变材料等四大类。其中，固—液相变材料具有来源丰富、价格低廉、使用相对比较方便、储能密度高等优点，成为在实际研究和应用中采用最多的一类相变储能材料。但是，与其它类型的相变储能材料相比，固—液相变材料在实际中的应用受到了一定的限制，这主要是因为：一方面固—液相变材料在使用时需要特殊的容器；另一方面无机化合物类的固-液相变材料容易产生过冷、相分离等现象；有机化合物类的固P—液相变材料的热传导性能较差，且具有可燃性等。

目前，人们普遍采用制备复合材料的方法来解决这些在实际中的应用难题。如杨睿等(专利公开号：CN1369537)，将石蜡与烯烃类聚合物组成的混合体系，在炼胶机中塑炼成片后冷却成型，最后获得了相变潜热为175J/g的定形复合相变储能材料；Chen等(United StatesPatent：4，504，402)利用微囊化技术，以沥青等为囊材，包裹无机类固—液相变材料，获得了微囊化的复合相变储能材料；文献[3]中采用的化学接枝方法，获得了以聚乙二醇为相变功能单元的复合相变储能材料。这些发明与技术一定程度上解决了固—液相变材料应用时必需特殊容器的难题，也基本上解决了固—液相变材料在使用过程中的过冷、相分离等问题，扩大了该类相变储能材料的应用领域与范围。但所提供的复合相变储能材料存在相变潜热相对较低、导热率低、材料之间的组合难度大等缺点，不利于多样化的复合相变储能材料的制备、以及它们的实际应用要求。

连续多孔性无机金属材料，如泡沫镍或泡沫铁等泡沫金属材料，具有密度较小、吸附性能优良、稳定性高、导热率高等特点，在许多领域获得了应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导热复合相变储能材料及其制备方法，所提供的高导热复合相变储能材料具有导热率高、易成型、相变温度稳定、化学稳定性高等特点；所提供的高导热复合相变储能材料的制备方法具有工艺简单、成本低廉的特点。

本发明技术方案为：

一种高导热复合相变储能材料，其特征是，由无机金属多孔连续材料、相变储能材料和封孔材料复合而成。所述相变储能材料为固—液相变储能材料，均匀分布于无机金属多孔连续材料的孔中。所述无机金属多孔连续材料与外界环境接触的表面用封孔材料密封。

所述无机金属多孔连续材料可以是如泡沫Ni、泡沫Fe、泡沫Cu等泡沫金属材料。

所述固—液相变储能材料如在较低的温度环境中使用，可以是结晶含水盐类化合物，如三水醋酸纳、十二水磷酸钠、三水硝酸锂、八水氢氧化钡、六水结晶氯化钙等；也可以是高潜热石蜡；还可以是有机小分子类固液相变材料，如聚乙二醇、硬脂酸、棕榈酸等。

所述固—液相变储能材料如在较高的温度环境中使用，可以是具有较高相变潜热的化合物、金属单质等，如LiH、P等。

所述封孔材料可以是各种树脂、粘结剂等，如：环氧树脂、氯丁橡胶、尼龙66、高密度聚乙烯等。

所述固—液相变储能材料中可以添加一定的表面活性剂作为分散剂以增加固—液相变储能材料在无机金属多孔连续材料中的分布性能。所述表面活性剂可以是OP、乙二醇、CMC、十八烷基苯磺酸等。

所述固—液相变储能材料中可以添加一定的缓蚀剂，以防止或减缓固—液相变储能材料可能造成的对无机金属多孔连续材料的腐蚀。所述缓蚀剂可以是硫脲、吐温、多聚糖类、多聚磷酸盐、有机硅烷等。

所述固—液相变储能材料中还可以添加一定的稳定剂，以增加固—液相变储能材料的稳定性能。所述稳定剂可以是聚乙烯醇、淀粉、明胶、琼脂、蜂胶等高分子量物质。

一种高导热复合相变储能材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一.清洗并干燥成型的无机金属多孔连续材料，去除其表面或孔中可能存在的油污。

步骤二.选用适量的固—液相变储能材料，加热熔融，必要的情况下加入少量的分散剂、缓蚀剂、稳定剂等添加剂，并搅拌均匀。

步骤三.将经步骤一清洗、干燥后的成型的无机金属多孔连续材料浸入步骤二所得的熔融态的相变储能材料中，保持足够的时间，让无机金属多孔连续材料充分吸附相变储能材料，必要时可采取搅拌、振荡等措施促进相变储能材料的吸附。

步骤四.将充分吸附相变储能材料后的无机金属多孔连续材料降温，使其吸附的相变储能材料固化。

步骤五.将步骤四所得的复合相变储能材料的表面用封孔剂密封表面的孔洞。

上述制备方法中：

所述步骤一的清洗、干燥以去除无机金属多孔连续材料表面油污的过程，可采用弱酸性溶液(如H₃PO₄溶液)、弱碱性溶液(如Na₂CO₃溶液)或采用两种溶液顺序清洗，必要的情况下可加热。

本发明实质是以以无机多孔金属连续材料(如泡沫Ni、泡沫Fe、泡沫Cu等)为载体、固—液相变储能材料为功能物质，制备出高导热率复合相变储能材料。

目前，在实际应用中使用、且相变点低于200℃的相变储能材料的热传导率都较低，其直接产生的后果是，在材料的热循环中(吸能-放能)势必造成材料表面温度与体系内部的巨大温差，影响储能材料使用性能，使储能材料无法正常发挥功能。这正是目前复合相变储能材料在实际应用中遇到的难题。金属单质具有良好的热传导率(如块状镍的导热率为88W/m.K)，将其制备成泡沫状后仍然具有较好的导热率(开口)。本发明的巧妙之处在于，使用泡沫金属作为介质与传热体，将复合材料的载体、导热体合二为一，成功地解决了目前相变储能材料中的热传导问题。金属单质载体具有的良好导热性能，决定了获得的复合相变材料也具有高的导热性能。

本发明的优点：

1、所提供的高导热率复合相变储能材料具有导热率高、易成型等特点。

2、所提供的高导热率复合相变储能材料稳定性能好，可广泛应用于制造高性能散热板、太阳能储存、废热(冷)的利用等多种技术领域。

3、所提供的高导热率复合相变储能材料的制备方法经济、简便、实用、易于推广应用。

附图说明

图1为本发明所述的高导热率复合相变储能材料的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

具体实施方式一

连续多孔性无机金属材料采用泡沫金属Ni，固-液相变储能材料采用三水醋酸钠，封孔材料采用环氧树脂，按照发明内容中的制备方法所制备的复合相变储能材料吸附率为74.4％、储能率可达161J/g、热导率高于15W/m.K、相变点为57℃-59℃。

具体实施方式二

连续多孔性无机金属材料采用泡沫金属Ni，固—液相变储能材料采用十二水磷酸钠，封孔材料采用环氧树脂，按照发明内容中的制备方法所制备的复合相变储能材料吸附率为77.8％、储能率可达179J/g、热导率高于15W/m.K、相变点为39℃-42℃。

具体实施方式三

连续多孔性无机金属材料采用泡沫金属Ni，固—液相变储能材料采用硬脂酸，封孔材料采用环氧树脂，按照发明内容中的制备方法所制备的复合相变储能材料吸附率为70.5％、储能率可达110J/g、热导率高于15W/m.K、相变点为65℃-72℃。

具体实施方式四

连续多孔性无机金属材料采用泡沫金属Ni，固—液相变储能材料采用棕榈酸，封孔材料采用环氧树脂，按照发明内容中的制备方法所制备的复合相变储能材料吸附率为73.6％、储能率可达111J/g、热导率高于15W/m.K、相变点为54℃-63℃。

具体实施方式五

连续多孔性无机金属材料采用泡沫金属Ni，固—液相变储能材料采用三水硝酸锂，封孔材料采用环氧树脂，按照发明内容中的制备方法所制备的复合相变储能材料吸附率为74.4％、储能率可达181J/g、热导率高于15W/m.K、相变点为28℃-34℃。

Claims

1、一种高导热复合相变储能材料，其特征是，由无机金属多孔连续材料、相变储能材料和封孔材料复合而成；所述相变储能材料为固—液相变储能材料，均匀分布于无机金属多孔连续材料的孔中；所述无机金属多孔连续材料与外界环境接触的表面用封孔材料密封。

2、根据权利要求1所述的一种高导热复合相变储能材料，其特征是，所述无机金属多孔连续材料可以是如泡沫Ni、泡沫Fe、泡沫Cu等泡沫金属材料。

3、根据权利要求1所述的一种高导热复合相变储能材料，其特征是，所述固—液相变储能材料如在较低的温度环境中使用，可以是结晶含水盐类化合物，如三水醋酸纳、十二水磷酸钠、三水硝酸锂、八水氢氧化钡、六水结晶氯化钙等；也可以是高潜热石蜡；还可以是有机小分子类固液相变材料，如聚乙二醇、硬脂酸、棕榈酸等。

4、根据权利要求1所述的一种高导热复合相变储能材料，其特征是，所述固—液相变储能材料如在较高的温度环境中使用，可以是具有较高相变潜热的化合物、金属单质等，如LiH、P等。

5、根据权利要求1所述的一种高导热复合相变储能材料，其特征是，所述封孔材料可以是各种树脂、粘结剂等，如：环氧树脂、氯丁橡胶、尼龙66、高密度聚乙烯等。

6、根据权利要求1所述的一种高导热复合相变储能材料，其特征是，所述固—液相变储能材料中可以添加一定的表面活性剂作为分散剂以增加固—液相变储能材料在无机金属多孔连续材料中的分布性能；所述表面活性剂可以是OP、乙二醇、CMC、十八烷基苯磺酸等。

7、根据权利要求1所述的一种高导热复合相变储能材料，其特征是，所述固—液相变储能材料中可以添加一定的缓蚀剂，以防止或减缓固—液相变储能材料可能造成的对无机金属多孔连续材料的腐蚀；所述缓蚀剂可以是硫脲、吐温、多聚糖类、多聚磷酸盐、有机硅烷等。

8、根据权利要求1所述的一种高导热复合相变储能材料，其特征是，所述固—液相变储能材料中还可以添加一定的稳定剂，以增加固—液相变储能材料的稳定性能；所述稳定剂可以是聚乙烯醇、淀粉、明胶、琼脂、蜂胶等高分子量物质。

9、一种高导热复合相变储能材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一.清洗并干燥成型的无机金属多孔连续材料，去除其表面或孔中可能存在的油污；

步骤二.选用适量的固—液相变储能材料，加热熔融，必要的情况下加入少量的分散剂、缓蚀剂、稳定剂等添加剂，并搅拌均匀；

步骤三.将经步骤一清洗、干燥后的成型的无机金属多孔连续材料浸入步骤二所得的熔融态的相变储能材料中，保持足够的时间，让无机金属多孔连续材料充分吸附相变储能材料，必要时可采取搅拌、振荡等措施促进相变储能材料的吸附；

步骤四.将充分吸附相变储能材料后的无机金属多孔连续材料降温，使其吸附的相变储能材料固化；

10、根据权利要求9所述的一种高导热复合相变储能材料的制备方法，其特征是，所述步骤一的清洗、干燥以去除无机金属多孔连续材料表面油污的过程，可采用弱酸性溶液(如H₃PO₄溶液)、弱碱性溶液(如Na₂CO₃溶液)或采用两种溶液顺序清洗，必要的情况下可加热。