TWI465558B - Heat storage of composite materials - Google Patents

Heat storage of composite materials Download PDF

Info

Publication number
TWI465558B
TWI465558B TW102105071A TW102105071A TWI465558B TW I465558 B TWI465558 B TW I465558B TW 102105071 A TW102105071 A TW 102105071A TW 102105071 A TW102105071 A TW 102105071A TW I465558 B TWI465558 B TW I465558B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
composite material
heat storage
electrode
heat
polymer substrate
Prior art date
Application number
TW102105071A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201418442A (zh
Inventor
Ching Tung Hsu
Cheng Hsin Wu
Wan Ju Chen
Chia Hung Li
Jui Yu Jao
Ting Chuan Lee
Chun Jung Tsai
Chun Hsien Tsai
Original Assignee
Taiwan Carbon Nanotube Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Carbon Nanotube Technology Corp filed Critical Taiwan Carbon Nanotube Technology Corp
Priority to TW102105071A priority Critical patent/TWI465558B/zh
Publication of TW201418442A publication Critical patent/TW201418442A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI465558B publication Critical patent/TWI465558B/zh

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

儲熱的複合材料
本發明為有關一種儲熱複合材料，尤指一種具有高儲熱效能的複合材料。
熱能儲存泛指將熱能量以原先或其他之形式儲存於特定材料或物質中，係能源科技的重要關鍵技術，如太陽熱能發電或其他熱電轉換技術。此外，亦廣泛應用在民生用品之領域，如常見的保溫裝置、太陽熱水裝置、保暖織物等，或是航太工業，甚至國防領域中。
習知的儲熱技術之中，大多利用材料之相變化特性，來達成熱能之儲存與釋放。進一步來說，相變化材料在相變化時，將有大量之潛熱吸收或釋放，當外界溫度上升時，材料由固相變化為液相，吸收並儲存熱能，然，一旦外界溫度下降時，材料由液相變化為固相，此時即釋放出熱能。如中華民國專利公告第I368571號，揭示一種具吸收儲存熱能之墊體，包括有一包覆件以及一儲熱單元，該包覆件的內部設有一容置空間，該儲熱單元設置於該包覆件的該容置空間內，且該儲熱單元係為塑膠類材料製成，其中，該儲熱單元內部填充有一熔點介於20℃至30℃之間的相變化儲熱材料，該相變化儲熱材料可為鹽類相變化材料或石臘，該鹽類相變化材料 包括6水合三溴化鐵(FeBr3．6H2O)、6水合硝酸錳(Mn(NO3)2．6H2O)、12水合氯化鈣(CaCl2．12H2O)、2水合硝酸鋰(LiNO3．2H2O)或3水合硝酸鋰(LiNO3．3H2O)。
另外，如中華民國專利公告第I352725號，揭示一種節能保溫裝置，其中，亦使用冷凝性相變化材質做為儲能材料。而中華民國專利公告第I352725號，揭示一種隔熱塗料，包括重量百分比為1%至60%之相變化材料、重量百分比為50%至80%之高分子黏著劑、重量百分比為10%至60%之反射性填料以及重量百分比為10%至40%之絕熱性填料，其中，該相變化材料可為結晶水合鹽類石蠟、酯酸類或高分子化合物，該高分子化合物如聚乙二醇或聚丙二醇等。
然，上述之相變化儲熱材料，普遍來說存在使用壽命偏低、製造繁複、化學穩定性等問題。因此，並無法普及與廣泛應用在各個領域之中。除上述問題外，目前各廠商亦積極以提升儲熱效率做為首要目標，但此相對產生複雜之材料開發與裝置結構設計等問題。
本發明的主要目的，在於解決習知相變化儲熱材料，具有結構複雜、製造不便與低使用壽命等問題。
為達上述目的，本發明提供一種儲熱的複合材料，該複合材料包含有一高分子基材以及複數個奈米導電材料，該高分子基材以化學性鍵結形成，該奈米導電材料混合於該高分子基材之中。其中，該奈米導電材料散布於該高分子基材之中致使該複合材料相較該高分子基材未混入該奈米導電材料時，於一儲熱溫度區間具有一較低的熱容值，該儲熱溫度區間介於20℃至160℃之間， 該複合材料於該儲熱溫度區間的該熱容值為介於0.1J/g-deg至20J/g-deg之間。
為達上述目的，本發明另提供一種以該複合材料製成的儲熱裝置，該儲熱裝置包含有一本體、一第一電極、一第二電極以及一電力源，該本體由該複合材料形成，該第一電極與該第二電極分別與該本體連接，且該電力源與該第一電極與該第二電極電性連接。其中，該電力源將一電能透過該第一電極以及該第二電極輸入該複合材料，且該電能於該複合材料之中轉換成一熱能而儲存於該複合材料。
如此一來，本發明藉由上述技術方案，至少具有下列優點：
1.該複合材料相較該高分子基材未與該奈米導電材料混合時，具有較低的熱容值，該複合材料與具有較高熱容值的該高分子基材相較之下，當輸入相同的能量，該複合材料係可上升至較高的溫度，即具備快速升溫的功效，因此，該複合材料擁有較佳的儲熱效果。
2.承上，由於該複合材料具有高升溫速率之優點，對於外界而言，其相對地也具有發熱效率佳之特點，因此，亦適合作為發熱材料之使用。
3.其次，該複合材料在熱能的儲存與釋放，或溫度的升降過程，毋須涉及相變化或其他化學反應，因此，係可改善低使用壽命的問題。
4.再者，該高分子基材可採用一般常見的高分子材料，又該奈米導電材料與該高分子基材之間，毋須產生化學性結合，因此，更具備方便製造以及可量產化之優 點。
5.另外，藉由該奈米導電材料的添加，使該複合材料的導電性提升，換言之，若以電能方式提供能量至該複合材料，係可產生更大的電流，而擁有更優良的電熱轉換效率。
10‧‧‧複合材料
11‧‧‧高分子基材
12‧‧‧奈米導電材料
20‧‧‧儲熱裝置
21‧‧‧本體
22‧‧‧第一電極
23‧‧‧第二電極
30‧‧‧保溫杯
31‧‧‧杯體
311‧‧‧內環壁
312‧‧‧外環壁
313‧‧‧真空空間
32‧‧‧容置空間
33‧‧‧絕緣層
34‧‧‧第一電極
35‧‧‧第二電極
36‧‧‧第一導線
37‧‧‧第二導線
38‧‧‧插座
40‧‧‧液體
Tg1、Tg2‧‧‧玻璃轉換溫度
H‧‧‧儲熱溫度區間
圖1，為本發明的結構示意圖。
圖2A，為本發明高分子基材未加入奈米導電材料的熱容值對溫度之變化曲線示意圖。
圖2B，為本發明複合材料的熱容值對溫度之變化曲線示意圖。
圖3A，為本發明一實施例中，環氧樹脂未加入奈米碳管的熱容值對溫度之變化曲線示意圖。
圖3B，為本發明一實施例中，環氧樹脂材料加入奈米碳管後得到之複合材料的熱容值對溫度之變化曲線示意圖。
圖4，為本發明另一實施例的結構示意圖。
圖5，為本發明另一實施例應用於保溫容器的結構示意圖。
有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請搭配參閱『圖1』、『圖2A』及『圖2B』所示，『圖1』為本發明的結構示意圖，『圖2A』為本發明高分子基材未加入奈米導電材料的熱容值對溫度之變化曲線示意圖，『圖2B』為本發明複合材料的熱容值對溫度之變化曲線示意圖，如圖所示：本發明為一種儲熱的複合材料，該複合材料10包含有一高分子基材11以及複數個奈米導電材料12，該高分子基材11以化學性鍵結形成，可為聚酯、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、三聚氰胺樹脂、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯以及聚氨酯、矽樹脂等，此處僅舉例說明，本發明並不限於此，依實際應用需求，該高分子基材11尚可採用其他常見的高分子材料。該奈米導電材料12混合於該高分子基材11之中，該奈米導電材料12可為奈米碳管、碳奈米粒、石墨烯以及金奈米線等。此外，本發明中，該奈米導電材料12於該複合材料中的重量百分比為介於0.1%至50%之間。
其中，該奈米導電材料12散布於該高分子基材11之中，而令該複合材料10相較於該高分子基材11未混入該奈米導電材料12時，於一儲熱溫度區間H具有一較低的熱容值Cv，而於該儲熱溫度區間H具有快速的儲熱效果，如『圖2A』、『圖2B』所示。再者，該高分子基材11未混入該奈米導電材料12以及混合有該奈米導電材料12時，係分別具有一玻璃轉換溫度Tg1、Tg2，該複合材料10的該儲熱溫度區間H以及該玻璃轉換溫度Tg2，可藉由該高分子基材11中所混合的該奈米導電材料12的多寡進行調整。另外，上述之該奈米導電材料12的種類僅為舉例說明，本發明並不限於上述材料，依實際應用需求，該奈米導電材料12尚可採用其他具導電導熱特性的奈米材料。
於本發明的一實施例中，該高分子基材11為選用環氧樹脂材料，而該奈米導電材料12為選用奈米碳管，該奈米導電材料12於該複合材料中的重量百分比為4%。請參閱『圖3A』與『圖3B』，分別為本實施例中，環氧樹脂材料未加入奈米碳管的熱容值對溫度之變化曲線示意圖，以及本實施例中，環氧樹脂材料加入奈米碳管後 得到之複合材料的熱容值對溫度之變化曲線示意圖，由圖中可得知，環氧樹脂未加入奈米碳管之前，其熱容值Cv隨著溫度的升高而增加，玻璃轉換溫度約為45℃，該儲熱溫度區間約介於20℃至160℃之間，且於該儲熱溫度區間內該熱容值Cv隨著溫度升高而快速增加。
而當環氧樹脂加入重量百分比濃度為4%的奈米碳管形成該複合材料10時，從『圖3B』可得知，該複合材料10的熱容值Cv雖然亦隨著溫度的升高而增加，不過於該儲熱溫度區間之中，該熱容值Cv上升的程度已較環氧樹脂未加入奈米碳管時趨緩，且該複合材料10的玻璃轉換溫度亦下降至約40℃，使得該複合材料10可在該儲熱溫度區間提供高儲熱效能，在此實施例中，該複合材料10的儲熱溫度區間為介於20℃至160℃之間，對應的該熱容值Cv為介於0.7J/g-deg至1.2J/g-deg之間。
請參閱『圖4』所示，為本發明一實施例的結構示意圖，在此實施例中，提供一種以該複合材料10所製成的儲熱裝置20，該儲熱裝置20包含一本體21、一第一電極22、一第二電極23以及一電力源，該本體21由該複合材料10所形成，該第一電極22與該第二電極23分別與該本體21連接，且該第一電極22與該第二電極23彼此之間不接觸，並皆由一導電材質製成，並與該電力源電性連接，於本發明中，該第一電極22與該第二電極23可由銅、鐵、鋅、鋁、銀、金或鈀之材質製成。當該電力源將一電能由該第一電極22以及該第二電極23輸入該複合材料10時，該電能受混合於該高分子基材11之間的該奈米導電材料12的影響，快速的轉換成一 熱能而儲存於該複合材料10之中。據此，該儲熱裝置20的一儲熱溫度可由該複合材料10的該儲熱溫度區間而決定，該儲熱溫度區間則可藉由該複合材料10之中所混合的該奈米導電材料12的重量百分比濃度進行調整。
請參閱『圖5』所示，為本發明一實施例應用於保溫容器的結構示意圖，在此實施例中，提供一種以該複合材料10所製成的保溫杯30，該保溫杯30包含一杯體31、一容置空間32、一絕緣層33、該複合材料10、一第一電極34、一第二電極35、一第一導線36、一第二導線37以及一插座38。該杯體31包含一圍繞該容置空間32的內環壁311、一相對於該內環壁311設置並遠離該容置空間32的外環壁312以及一間隔於該內環壁311以及該外環壁312之間的真空空間313，該絕緣層33位於該真空空間313內而貼附於該內環壁311上，該複合材料10貼附於該絕緣層33遠離該內環壁311的一側。
該第一電極34以及該第二電極35分別連接於該複合材料10遠離該絕緣層33的一側，且該第一電極34與該第二電極35彼此之間不相接觸，該第一導線36及該第二導線37則分別連接於該第一電極34以及該第二電極35，該插座38設置於該杯體31上並與該第一導線36及該第二導線37電性連接。
如此一來，當該插座38與一來自市電之電力源電性連接後，該電力源將一電能經由該第一導線36、該第一電極34、該第二導線37以及該第二電極35輸入該複合材料10，並於該複合材料10之中轉換成一熱能儲存，使該複合材料10的溫度介於該儲熱溫度區間，而藉由熱 傳導以及熱輻射的方式，維持位於該容置空間32內的一液體40的溫度處於該儲熱溫度區間的一保溫狀態，而當該電能不再輸入該複合材料10時，儲存於該複合材料10的該熱能將持續長時間的釋放以維持該液體40於該保溫狀態，直至與外界達到熱平衡。
最後，尚需補充說明的是，該複合材料10除了透過輸入電能的方式進行儲熱之外，還可以藉由輸入熱能、太陽能、電磁能、輻射能以及摩擦生熱的方式以進行儲熱，但並不以上述的方式為限制。
綜上所述，由於本發明藉由於該高分子基材混入該奈米導電材料形成該複合材料，令該複合材料具有低於該高分子基材未混入該奈米導電材料時的熱容值，兩者相較之下，當輸入相同的能量，該複合材料可上升至較高的溫度，或在較短的時間內，上升至相同的溫度，即，該複合材料擁有較佳的儲熱效果。其次，由於該複合材料具有高升溫速率之優點，對於外界而言，其相對地也具有發熱效率佳之特點，故，除儲熱之用途外，亦適合作為發熱材料。且，該複合材料在熱能的儲存與釋放過程，毋須涉及相變化或其他化學反應，故可避免習知相變化儲熱材料低使用壽命的問題。再者，該高分子基材可採用一般常見的高分子材料，又該奈米導電材料與該高分子基材之間，毋須產生化學性結合，所以，更進一步具備方便製造以及可量產化之優點。而藉由該奈米導電材料的添加，係提升該複合材料的導電性，若以電能方式提供能量至該複合材料，可產生更大的電流，而擁有更優良的電熱轉換效率。此外，該複合材料可製作成 該儲熱裝置，並藉由輸入各種外部的能量而轉換成熱能儲存，形成一熱能電池，可應用於各種需要熱能進行儲放而後釋放的物品，例如應用於該保溫杯，即可透過熱能的傳導及輻射方式使該保溫杯長時間維持該液體於該保溫狀態，不受限於需插電加熱使用的限制，而可隨身攜帶並以充、放熱的方式達到長時間保溫。
因此，本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。
10‧‧‧複合材料
11‧‧‧高分子基材
12‧‧‧奈米導電材料

Claims (7)

  1. 一種儲熱的複合材料，包含有：一以化學性鍵結形成的高分子基材；以及複數個混合於該高分子基材之中的奈米導電材料；其中，該奈米導電材料散布於該高分子基材之中致使該複合材料相較該高分子基材未混入該奈米導電材料時，於一儲熱溫度區間具有一較低的熱容值，該儲熱溫度區間介於20℃至160℃之間，該複合材料於該儲熱溫度區間的該熱容值為介於0.1J/g-deg至20J/g-deg之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的儲熱的複合材料，其中該複合材料於該儲熱溫度區間具有一介於100℃至230℃之間的玻璃轉換溫度。
  3. 儲熱的複合材料儲熱的複合材料如申請專利範圍第1項所述的儲熱的複合材料，其中該奈米導電材料為選自奈米碳管、碳奈米粒、石墨烯及金奈米線所組成的群組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的儲熱的複合材料，其中該奈米導電材料於該複合材料中的重量百分比濃度為介於0.1至50%之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的儲熱的複合材料，其中該高分子基材的材質為選自聚酯、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、三聚氰胺樹脂、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚氨酯所組成的群組。
  6. 一種以申請專利範圍第1項的複合材料製成的儲熱裝 置，包含有：一由該複合材料形成的本體；分別與該本體連接的一第一電極以及一第二電極；以及一與該第一電極與該第二電極電性連接的電力源；其中，該電力源將一電能透過該第一電極以及該第二電極輸入該複合材料，且該電能於該複合材料之中轉換成一熱能而儲存於該複合材料。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的儲熱裝置，其中該第一電極及該第二電極的材質為擇自由銅、鐵、鋅、鋁、銀、金或鈀所組成之群組。
TW102105071A 2013-02-08 2013-02-08 Heat storage of composite materials TWI465558B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102105071A TWI465558B (zh) 2013-02-08 2013-02-08 Heat storage of composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102105071A TWI465558B (zh) 2013-02-08 2013-02-08 Heat storage of composite materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201418442A TW201418442A (zh) 2014-05-16
TWI465558B true TWI465558B (zh) 2014-12-21

Family

ID=51294199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102105071A TWI465558B (zh) 2013-02-08 2013-02-08 Heat storage of composite materials

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI465558B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105185679B (zh) 2014-06-17 2017-04-12 清华大学 透射电镜微栅
CN105185674B (zh) 2014-06-17 2017-05-17 清华大学 透射电镜微栅的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100080978A1 (en) * 2006-12-04 2010-04-01 Universite Catholique De Louvain Polymer composite material structures comprising carbon based conductive loads

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100080978A1 (en) * 2006-12-04 2010-04-01 Universite Catholique De Louvain Polymer composite material structures comprising carbon based conductive loads

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yibing Cai et al.,"Effects of Carbon Nanotubes on Morphological Structure, Thermal and Flammability Properties of Electrospun Composite Fibers Consisting of Lauric Acid and Polyamide 6 as Thermal Energy Storage Materials", Fibers and Polymers, 2012, 13,7,837-845 *

Also Published As

Publication number Publication date
TW201418442A (zh) 2014-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yuan et al. Engineering the thermal conductivity of functional phase‐change materials for heat energy conversion, storage, and utilization
Shen et al. Biomass-based carbon aerogel/Fe3O4@ PEG phase change composites with satisfactory electromagnetic interference shielding and multi-source driven thermal management in thermal energy storage
Liu et al. Aerogels meet phase change materials: fundamentals, advances, and beyond
Li et al. Multifunctional wearable thermoelectrics for personal thermal management
Chen et al. Millefeuille-inspired thermally conductive polymer nanocomposites with overlapping BN nanosheets for thermal management applications
Yang et al. Photodriven shape-stabilized phase change materials with optimized thermal conductivity by tailoring the microstructure of hierarchically ordered hybrid porous scaffolds
Xia et al. Multielement synergetic effect of boron nitride and multiwalled carbon nanotubes for the fabrication of novel shape-stabilized phase-change composites with enhanced thermal conductivity
Chen et al. Carbon‐based composite phase change materials for thermal energy storage, transfer, and conversion
Atinafu et al. Thermal properties of composite organic phase change materials (PCMs): A critical review on their engineering chemistry
He et al. Multifunctional phase change composites based on elastic MXene/silver nanowire sponges for excellent thermal/solar/electric energy storage, shape memory, and adjustable electromagnetic interference shielding functions
Wu et al. A trimode thermoregulatory flexible fibrous membrane designed with hierarchical core–sheath fiber structure for wearable personal thermal management
Umair et al. Form-stable phase-change composites supported by a biomass-derived carbon scaffold with multiple energy conversion abilities
Ye et al. Form-stable solar thermal heat packs prepared by impregnating phase-changing materials within carbon-coated copper foams
Niu et al. Highly efficient thermo-and sunlight-driven energy storage for thermo-electric energy harvesting using sustainable nanocellulose-derived carbon aerogels embedded phase change materials
Yang et al. Hierarchically porous PVA aerogel for leakage-proof phase change materials with superior energy storage capacity
Chen et al. Electro-and photodriven phase change composites based on wax-infiltrated carbon nanotube sponges
Li et al. Emerging surface strategies for porous materials-based phase change composites
Dulal et al. Smart and Multifunctional Fiber‐Reinforced Composites of 2D Heterostructure‐Based Textiles
Guo et al. Electrothermal conversion phase change composites: the case of polyethylene glycol infiltrated graphene oxide/carbon nanotube networks
CN206542580U (zh) 一种石墨烯发热膜组件
Yang et al. Modified melamine foam-based flexible phase change composites: Enhanced photothermal conversion and shape memory properties
Zhao et al. Regenerable aerogel‐based thermogalvanic cells for efficient low‐grade heat harvesting from solar radiation and interfacial solar evaporation systems
Wu et al. Scalable fabrication of high-enthalpy polyethylene/carbon nanotubes/paraffin wax nanocomposite with flexibility and superhydrophobicity for efficient thermal management
TWI465558B (zh) Heat storage of composite materials
Jia et al. Exploring electro-thermal conversion in phase change materials: a review

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees