一种官能团改性的相变储热离子液体的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种官能团改性的相变储热离子液体，其特征在于，以烷基链离子液体为基础，通过引入不同官能团改性而得到的一类相变储热离子液体，所述的官能团为带有电负性原子的官能团，包括羧基官能团R-COOH、羟基官能团R-OH、酯基官能团R-COO-R’、醛基官能团R-COH和醚基官能团中的任意一种，其中R和R’代表碳数为1-4的烷基；所述官能团引入位置均为环状结构上的氮原子位。官能团改性后，制备出的离子液体具有较高的比热容，热稳定性好，可适用于高品位热源。
【专利说明】一种官能团改性的相变储热离子液体
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种有机合成化合物，特别涉及一种有机类相变储热材料。
【背景技术】
[0002] 随着全球范围内能源危机的加剧，如何合理高效的利用能源成为人们关注的重 点。相变储能技术是一种新型的绿色高效的储能手段，它利用相变材料在相态变化过程中， 从环境吸收热量或向环境放出热量，进而达到能量储存和释放的目的。国外对相变储能技 术的研究工作早在七十年代就己开始。近年来受能源危机的影响，相变储能的基础理论和 应用技术研究在发达地区如美国、欧洲等迅速崛起并得到不断发展。
[0003] 作为相变储能技术的核心，相变材料的性能一直是研究者关注的重点。传统的相 变材料包括有机材料和无机材料两大类。有机类相变储能材料包括链烃类、脂肪酸类以及 醇类。石蜡是目前使用最广泛的有机相变储能材料，主要由直链烷烃混合而成。石蜡的储 热性质可控，其熔点和相变热都随链长的增加而增加。用于相变储能材料的石錯，溶点控制 在-12°C到75. 9°C之间，相变热最高可达250J · g'石蜡作为储能材料优点明显，其具有 相变热较大、过冷现象不明显、多体系组分中不会析出、无腐蚀性且价格低廉的优点。但是 石蜡的导热系数过小、体积膨胀率较大并且易燃，限制了其在高效储能和高温储能领域的 应用。研究者一直在尝试克服有机储能材料的上述缺点，比如在有机材料中加入导热性能 优良的金属粉末，以提高传热效率；利用微胶囊填装有机材料，解决相变体积变化较大的问 题并且防止材料流失。但是这些方法会导致成本大幅上升，难以实现工业应用。无机相变 材料主要包括以下三类：（1)结晶水合物。主要应用在中、低品位热源的储能领域。其相变 温度一般在室温到l〇〇°C之间。结晶水合物作为相变储能材料，具有价格低廉、导热系数较 高、相变温度范围广等优点；但存在较为严重的过冷现象和相分离现象，相变过程无法循环 进行，应用过程中需要添加成核剂。（2)金属。金属或者其合金具有良好的热力学性质，但 是其价格昂贵、熔点过高，一般超过400°C，在实际的应用中对容器和封装方法具有较高要 求，危险性高。（3)熔融盐。主要包括阴离子为F-、C1-、N(V和S0,的盐类，其相变温度相 对金属较低并且导热系数较高，但是熔融盐对管道具有很强的腐蚀性。以上列举的传统相 变材料存在的缺陷很大程度上限制了相变储能技术的进一步发展。
[0004] 离子液体是近年来新兴的绿色功能材料，与传统相变材料相比具有液程宽、导热 速率快、安全性高和腐蚀性低等优点。但是现有的烷基链离子液体的相变热偏低，进而导致 其储热密度偏低，其储能效率在15 %到40 %之间，放热效率在2 %到10 %之间，能量利用率 较低，实际的工业应用效果并不好。
【发明内容】
[0005] 离子液体的储热密度由潜热储能和显热储能两部分组成，其中潜热储能是相变储 能技术的核心部分，主要由离子液体的相变热决定。而其相变热主要受静电能和氢键能影 响，其中氢键能可以通过对离子液体改性得到大幅提高，进而解决烷基链离子液体储热密 度低的问题。离子液体中的氢键一般存在与氢原子和电负性原子之间，由于氢原子数目远 多于电负性原子的数目，因此在烷基链离子液体中引入带有电负性原子的官能团可以有效 的提升离子液体的氢键能，进而解决其储热密度低的问题。
[0006] 本发明的目的在于提供一类具有较高相变热和良好热稳定性的有机类相变储热 材料。
[0007] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
[0008] -种官能团改性的储热用离子液体，其特征在于，以咪唑离子液体为基础，通过引 入不同官能团改性而得到的一类相变储热离子液体，所述的官能团为带有电负性原子的官 能团，包括羧基官能团R-C00H、羟基官能团R-0H、酯基官能团R-C00-R'、醛基官能团R-C0H 和醚基官能团R-0-R'中的任意一种，其中R和R'代表碳数为1-4的烷基；所述官能团引入 位置均为环状结构上的氮原子位，为下述结构式：
【权利要求】
1. 一种官能团改性的相变储热离子液体，其特征在于，以咪唑离子液体为基础，通过引 入不同官能团改性而得到的一类相变储热离子液体，所述的官能团为带有电负性原子的官 能团，包括羧基官能团R-COOH、羟基官能团R-OH、酯基官能团R-COO-R'中的任意一种，其中 R和R'代表碳数为1-4的烷基；所述官能团引入位置均为环状结构上的氮原子位，为下述 结构式：
其中成表示碳数为1-8的烷基；R2代表氢原子或碳数为1-8的烷基；R3为前述带有电 负性原子的官能团之一。
2. -种官能团改性的相变储热离子液体，其特征在于，以吡啶离子液体为基础，通过引 入不同官能团改性而得到的一类相变储热离子液体，所述的官能团为带有电负性原子的官 能团，包括羧基官能团R-COOH、羟基官能团R-OH中的一种，其中R代表碳数为1-4的烷基； 所述官能团引入位置均为环状结构上的氮原子位，为下述结构式：
其中：R4为前述带有电负性原子的官能团之一。
3. -种官能团改性的相变储热离子液体，以己内酰胺离子液体为基础，通过引入不同 官能团改性而得到的一类相变储热离子液体，其特征在于，所述的官能团为带有电负性原 子的官能团，包括羟基官能团R-OH、酯基官能团R-COO-R'中的一种，其中R和R'代表碳数 为1-4的烷基；所述官能团引入位置均为环状结构上的氮原子位，为下述结构式：
其中：R5为前述带有电负性原子的官能团之一。
【文档编号】C07D223/04GK104046334SQ201410283646
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】杨伯伦, 张展 申请人:西安交通大学