一種無機(jī)相變儲能材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無機(jī)相變儲能材料，所述儲能材料包括以下組分：儲能基體材料94?97份、功能添加劑0.2?1.0份、成核劑2.0?3.5份、表面活性劑0.8?1.5份。本發(fā)明所得材料性能穩(wěn)定、價格低廉、原料豐富、制備方便、相變潛熱大、無毒、熱導(dǎo)率高，使其可以廣泛的應(yīng)用于太陽能低溫蓄熱系統(tǒng)、家庭日用保溫、家用熱水儲能系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。
【專利說明】
一種無機(jī)相變儲能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于相變儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種無機(jī)相變儲能材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在相變儲能技術(shù)領(lǐng)域，相變材料是基礎(chǔ)，因此，首先要研究和開發(fā)相變潛熱大，性能穩(wěn)定和性價比高的相變材料。相變材料的種類很多，從相變的方式來看，可分為固-固、固-液、液-氣和固-氣相變材料四大類，由于固-氣和液-氣相變材料在相變過程中伴隨大量氣體的存在，使材料體積變化很大，因此，盡管它們相變潛熱較大，但在實際中很少應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，一般按材料化學(xué)組成成分的不同，把相變材料分為有機(jī)物類(石蠟、脂肪酸等)和無機(jī)物類(無機(jī)水合鹽、熔融鹽、金屬等)。無機(jī)水合鹽是中、低溫相變材料中重要的一類，提供了熔點(diǎn)從幾攝氏度到一百多攝氏度的近70種可供選擇的相變材料。
[0003]無機(jī)水合鹽具有使用范圍廣、價格便宜、單位體積蓄熱密度大等優(yōu)點(diǎn)。但也存在不足之處:過冷、相分離以及熱傳導(dǎo)效率比較低。這些缺陷直接關(guān)系到相變材料的使用效率及使用壽命，因此較好地解決這些問題成為相變材料應(yīng)用研究方面的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無機(jī)相變儲能材料，該材料性能穩(wěn)定、價格低廉、原料豐富、制備方便、相變潛熱大、無毒、熱導(dǎo)率高，使其可以廣泛的應(yīng)用于太陽能低溫蓄熱系統(tǒng)、家庭日用保溫、家用熱水儲能系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]—種無機(jī)相變儲能材料，所述儲能材料包括以下組分:儲能基體材料94-97份、功能添加劑0.2-1.0份、成核劑2.0-3.5份、表面活性劑0.8-1.5份。
[0007]優(yōu)選地，所述儲能基體材料選自六水氯化鈣、六水氯化鈣和六水氯化鎂的共晶鹽、六水氯化鈣和四水硝酸鈣的共晶鹽中的一種。
[0008]優(yōu)選地，所述功能添加劑為氧化膨脹石墨。所述氧化膨脹石墨可以為普通氧化法制備的氧化膨脹石墨或者改性Hummer法制備的氧化膨脹石墨。
[0009]優(yōu)選地，所述成核劑為六水氯化鍶、碳酸鍶和硼砂中的至少一種。
[0010]優(yōu)選地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基磺酸鈉。
[0011]本發(fā)明還提供了一種無機(jī)相變儲能材料的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0012]I)按比例稱取儲能基體材料和成核劑，在密封條件下40?50°C加熱攪拌，至完全熔解；
[0013]2)熔解完畢后加入表面活性劑，超聲分散形成穩(wěn)定乳狀液；
[0014]3)在穩(wěn)定乳狀液中加入功能添加劑，攪拌得無機(jī)相變儲能材料。
[0015]優(yōu)選地，所述儲能基體材料選自六水氯化鈣、六水氯化鈣和六水氯化鎂的共晶鹽、六水氯化鈣和四水硝酸鈣的共晶鹽中的一種。
[0016]優(yōu)選地，所述功能添加劑為氧化膨脹石墨。
[0017]優(yōu)選地，所述成核劑為六水氯化鍶、碳酸鍶和硼砂中的至少一種。
[0018]優(yōu)選地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基磺酸鈉。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]I)本發(fā)明在制備過程中加入功能添加劑，在成核劑的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步減小或消除其過冷度，同時，還可以提升相變材料的熱導(dǎo)率，加快相變材料的熱傳導(dǎo)。此外，在表面活性劑的相互作用下，可以阻止相變材料的相分離現(xiàn)象，重復(fù)性較好，性能穩(wěn)定，可長期使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0021]2)本發(fā)明功能添加劑種類較少，所含比例較小，避免了添加劑過多互相影響的問題，保證體系的穩(wěn)定性。
[0022]3)本發(fā)明具有20-29 V的相變溫度，過冷度小于2 V，并且具有較高的潛熱值，具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性能，同時具有極高的相變穩(wěn)定性。
[0023]4)本發(fā)明原料來源豐富，無毒、無腐蝕、制備方法簡單易操作，易于封裝。
【具體實施方式】
[0024]下面通過部分實施實例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述，但不能限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0025]實施例1
[0026]I)按比例稱取儲能基體材料(CaCl2.6H20)95份，成核劑(SrCl2.6H20)3.0份，在密封條件下(40?50 0C)加熱攪拌，直至完全熔解；
[0027]2)熔解完畢后向其中加入1.0份表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉，SDBS)，超聲分散30min，形成穩(wěn)定乳狀液；
[0028]3)在穩(wěn)定乳狀液中加入1.0份功能添加劑(改性Hummer法所制氧化膨脹石墨，EG0)，攪拌30min得無機(jī)相變儲能材料；
[0029]4)將所得相變儲能材料灌入容器中進(jìn)行封裝測試。
[0030]測試結(jié)果:
[0031]過冷度為0.6Γ ;
[0032]熱導(dǎo)率為1.832W/m.K;
[0033]相變潛熱值為174.51J/g。
[0034]實施例2
[0035]I)按比例稱取儲能基體材料(六水氯化鈣和六水氯化鎂的共晶鹽)94份，成核劑(碳酸鍶)3.5份，在密封條件下(40?50 0C)加熱攪拌，直至完全熔解；
[0036]2)熔解完畢后向其中加入1.5份表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨)，超聲分散30min，形成穩(wěn)定乳狀液；
[0037]3)在穩(wěn)定乳狀液中加入1.0份功能添加劑(改性Hummer法所制氧化膨脹石墨，EG0)，攪拌30min得無機(jī)相變儲能材料；
[0038]4)將所得相變儲能材料灌入容器中進(jìn)行封裝測試。
[0039]測試結(jié)果:
[0040]過冷度為1.0°C;
[0041 ]熱導(dǎo)率為2.017W/m.K;
[0042]相變潛熱值為109.76J/g。
[0043]實施例3
[0044]I)按比例稱取儲能基體材料(六水氯化鈣和四水硝酸鈣的共晶鹽)97份，成核劑(硼砂)2.0份，在密封條件下(40?50 0C)加熱攪拌，直至完全熔解；
[0045]2)熔解完畢后向其中加入0.8份表面活性劑(十二烷基磺酸鈉)，超聲分散30min，形成穩(wěn)定乳狀液；
[0046]3)在穩(wěn)定乳狀液中加入0.2份功能添加劑(普通氧化法所制氧化膨脹石墨，EGO)，攪拌30min得無機(jī)相變儲能材料；
[0047]4)將所得相變儲能材料灌入容器中進(jìn)行封裝測試。
[0048]測試結(jié)果:
[0049]過冷度為1.3°C;
[0050]熱導(dǎo)率為0.743W/m.K;
[0051 ]相變潛熱值為117.42J/g。
[0052]對比例I
[0053]I)按質(zhì)量比例稱取儲能基體材料(CaCl2.6H20)96份，成核劑(SrCl2.6H20)3份，在密封條件下(40?50°C)加熱攪拌，直至完全熔解；
[0054]2)熔解完畢后向其中加入I份表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉，SDBS)，超聲分散30min，形成穩(wěn)定乳狀液；
[0055]3)在穩(wěn)定乳狀液中加入1.2份功能添加劑(氧化膨脹石墨，EG0)，攪拌30min得無機(jī)相變儲能材料；
[0056]4)將所得相變儲能材料灌入容器中進(jìn)行封裝測試。
[0057]結(jié)果顯示，在相應(yīng)組分不變的情況下，提高功能添加劑(氧化膨脹石墨，EG0)的含量，通過步冷曲線測試可知相變材料的過冷度為3.4°C，過冷度增大，不利于材料的實際應(yīng)用。表明在該相變儲能材料體系中功能添加劑(氧化膨脹石墨，EG0)的含量應(yīng)控制在0.2?1.0份以內(nèi)。
[0058]對比例2
[0059]I)按質(zhì)量比例稱取儲能基體材料(CaCl2.6H20)96份，成核劑(SrCl2.6H20)3份，在密封條件下(40?50°C)加熱攪拌，直至完全熔解；
[0060]2)將上述(I)中所得相變儲能材料灌入容器中進(jìn)行封裝測試。
[0061]在儲能基體材料和成核劑比例不變的情況下，沒有加入功能添加劑(氧化膨脹石墨，EG0)時，通過步冷曲線測試可知相變材料的過冷度為2.8°C，熱導(dǎo)率測試為0.314ff/m.K，相變潛熱值為158.97J/g。說明功能添加劑(氧化膨脹石墨，EG0)的加入，在一定程度上可以進(jìn)一步減小相變材料的過冷度，同時還可以提高相變材料的熱導(dǎo)率，提高相變材料的儲熱性能。
[0062]最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種無機(jī)相變儲能材料，其特征在于，所述儲能材料包括以下組分:儲能基體材料94-97份、功能添加劑0.2-1.0份、成核劑2.0-3.5份、表面活性劑0.8_1.5份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無機(jī)相變儲能材料，其特征在于，所述儲能基體材料選自六水氯化鈣、六水氯化鈣和六水氯化鎂的共晶鹽、六水氯化鈣和四水硝酸鈣的共晶鹽中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無機(jī)相變儲能材料，其特征在于，所述功能添加劑為氧化膨脹石墨。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無機(jī)相變儲能材料，其特征在于，所述成核劑為六水氯化鍶、碳酸鍶和硼砂中的至少一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無機(jī)相變儲能材料，其特征在于，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基磺酸鈉。6.權(quán)利要求1所述的一種無機(jī)相變儲能材料的制備方法，所述方法包括以下步驟: 1)按比例稱取儲能基體材料和成核劑，在密封條件下40?50°C加熱攪拌，至完全熔解； 2)熔解完畢后加入表面活性劑，超聲分散形成穩(wěn)定乳狀液； 3)在穩(wěn)定乳狀液中加入功能添加劑，攪拌得無機(jī)相變儲能材料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無機(jī)相變儲能材料的制備方法，其特征在于，所述儲能基體材料選自六水氯化鈣、六水氯化鈣和六水氯化鎂的共晶鹽、六水氯化鈣和四水硝酸鈣的共晶鹽中的一種。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無機(jī)相變儲能材料的制備方法，其特征在于，所述功能添加劑為氧化膨脹石墨。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無機(jī)相變儲能材料的制備方法，其特征在于，所述成核劑為六水氯化鍶、碳酸鍶和硼砂中的至少一種。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無機(jī)相變儲能材料的制備方法，其特征在于，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基磺酸鈉。
【文檔編號】C09K5/06GK106047302SQ201610387127
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】李翔, 周園, 董歐陽, 任秀峰, 曾金波, 年洪恩, 申月, 海春喜, 孫艷霞, 張麗娟
【申請人】中國科學(xué)院青海鹽湖研究所