一种相变储能材料及其制备方法与流程

1.本发明属于相变储能材料技术领域，尤其是涉及一种相变储能材料及其制备方法。


背景技术：

2.热能储存是通过最小化能量耗散来提高能源效率的有效方法，其中相变材料是在一定温度范围内通过相变过程对热能进行吸收，储存与释放。目前研究表明相变材料优点是储热密度高，潜热容量大，成本低，化学稳定性好。由于其优点，相变材料已被广泛研究并应用于许多领域，例如制冷、太阳能、空调、电池热管理等。
3.但由于其多样性使得选择合适相变材料应用变得困难，其中无机相变材料，有机相变材料与共晶相变材料为最常见的材料。根据相变温度适宜、相变潜热高及成本较低等特点，糖醇类相变材料作为中低温储能材料的合适对象。其中，赤藻糖醇具有较高相变潜热，但其存在较大过冷度。甘露糖醇具有较高相变潜热与较低价格，但其相变温度较高。赤藻糖醇与甘露糖醇混合形成的二元共晶混合物不仅可以改善赤藻糖醇的较大过冷度，也可以降低两种糖醇相变温度，扩大其适用范围。


技术实现要素：

4.本发明要解决的问题是提供一种相变储能材料及其制备方法，有效的解决现有技术中由于其多样性使得选择合适相变材料应用变得困难，赤藻糖醇具有较高相变潜热，但其存在较大过冷度，甘露糖醇具有较高相变潜热与较低价格，但其相变温度较高，不能作为合适的相变储能材料的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种相变储能材料，包括：赤藻糖醇、甘露糖醇与纳米颗粒，其中，所述赤藻糖醇的重量份数为500-650份，所述甘露糖醇的重量份数为140-185份，所述纳米颗粒的重量份数为1-10份。
6.较佳的，所述纳米颗粒为膨胀石墨。
7.一种制备相变储能材料的方法，
8.称取重量份数为500-650份的所述赤藻糖醇和140-185份的所述甘露糖醇，将二者加热进行融化混合，得到相变储能材料基液；
9.称取重量份数为1-10份的所述纳米颗粒，将其与所述相变储能材料基液混合进行搅拌，得到相变储能材料混合基液；
10.将所述相变储能材料混合基液置入超声波发射装置中，一定时间后取出，得到相变储能材料。
11.较佳的，所述纳米颗粒为膨胀石墨。
12.较佳的，所述纳米颗粒在与所述相变储能材料基液混合前还需进行干燥处理，干燥的温度范围为70℃-90℃，干燥的时间范围为10h-13h。
13.较佳的，所述赤藻糖醇与所述甘露糖醇在加热沙中进行融化混合。
14.较佳的，所述纳米颗粒与所述相变储能材料基液混合过程中，将所述纳米颗粒与所述相变储能材料基液置入搅拌装置中进行搅拌，搅拌速度为800r/min～1000r/min，搅拌时间为0.5h-1.5h。
15.较佳的，在搅拌过程中，还需进行加热，加热的温度范围为150℃-170℃。
16.较佳的，所述超声波发射装置的超声波功率为150w-250w，发射时间为0.5h-1.5h。
17.采用上述技术方案，得到的相变储能材料具有过冷度小、分散稳定性好的优点，且成本较低、原料绿色安全、制备条件和操作简单，可以用于清洁供暖、工业废热余热回收和太阳能光热转化等领域。
18.采用上述技术方案，在本方案中的相变储能材料中添加膨胀石墨，其可以作为成核剂为相变材料凝固提供了结晶附着力，促进晶体生长结晶形成，并且成核剂表面可以为相变材料结晶降低初步成核自由能，使得成核密度增大，晶体本身尺寸有所减小，结晶速率有所增大。
附图说明
19.图1是本发明实施例赤藻糖醇、甘露糖醇和赤藻糖醇与甘露糖醇混合形成的二元共晶混合物dsc测试图
20.图2是本发明实施例1一种相变储能材料步冷曲线图
21.图3是本发明实施例2一种相变储能材料步冷曲线图
22.图4是本发明实施例3一种相变储能材料步冷曲线图
23.图5是本发明实施例4一种相变储能材料步冷曲线图
24.图6是本发明实施例5一种相变储能材料步冷曲线图
具体实施方式
25.下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
26.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例和对比例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。应当特殊说明的是对于同一种有机物结构可能有多种名称，只要其结构在本专利范围内都属于本专利的保护对象。
27.除非另有定义，以下实施例中的原料、试剂等都可以从市场上够买所得或根据已报导的方法制备所得。
28.一种相变储能材料，包括：赤藻糖醇、甘露糖醇与纳米颗粒，其中，赤藻糖醇的重量份数为500-650份，甘露糖醇的重量份数为140-185份，纳米颗粒的重量份数为1-10份。
29.一些可行的实施例中，纳米颗粒为膨胀石墨，膨胀石墨的使用可以作为成核剂，为相变材料凝固提供了结晶附着力，促进晶体生长结晶形成，使结晶速率大大加快，减少生产时间；并且成核剂表面可以为相变材料结晶降低初步成核自由能，使得成核密度增大，晶体本身尺寸有所减小，能够进一步提高结晶速率，提高生产效率。
30.相变材料原料中赤藻糖醇具有较高相变潜热，但其存在较大过冷度，甘露糖醇具有较高相变潜热与较低价格，但其相变温度较高，本发明将赤藻糖醇与甘露糖醇混合，形成的二元共晶混合物不仅可以改善赤藻糖醇的较大过冷度，也可以降低两种糖醇相变温度，
扩大其适用范围。
31.一种制备相变储能材料的方法，
32.s1：称取重量份数为500-650份的赤藻糖醇和140-185份的甘露糖醇，将二者加热进行融化混合，得到相变储能材料基液；
33.一些可行的实施例中，赤藻糖醇与甘露糖醇在加热沙中进行融化混合。
34.s2：称取重量份数为1-10份的纳米颗粒，将其与相变储能材料基液混合进行搅拌，得到相变储能材料混合基液；
35.其中，纳米颗粒为膨胀石墨，其优点已在上述说明，在此不再赘述；纳米颗粒在与相变储能材料基液混合前还需进行干燥处理，干燥的温度范围为70℃-90℃，干燥的时间范围为10h-13h，优选地，干燥的温度范围为75℃-85℃，干燥的时间范围为11h-12h，更优选地，干燥的温度为80℃，干燥的时间为12h；
36.纳米颗粒与相变储能材料基液混合过程中，将纳米颗粒与相变储能材料基液置入搅拌装置中进行机械搅拌，搅拌速度为800r/min～1000r/min，搅拌时间为0.5h-1.5h，优选地，搅拌速度为850r/min～950r/min，搅拌时间为0.5-1h，更优选地，搅拌速度为900r/min，搅拌时间为1h；
37.同时，在搅拌过程中，还需进行加热，加热的温度范围为150℃-170℃，优选地，加热的温度为155℃-165℃，更优选地，加热的温度为160℃。
38.s3：将相变储能材料混合基液置入超声波发射装置中，一定时间后取出，得到相变储能材料，其中，超声波发射装置的超声波功率为150w-250w，发射时间为0.5h-1.5h，优选地，超声波功率为200w，发射时间为1h。
39.如图1赤藻糖醇、甘露糖醇和赤藻糖醇与甘露糖醇混合形成的二元共晶混合物dsc测试图所示，本发明中使用的赤藻糖醇与甘露糖醇混合形成的二元共晶混合物的相变温度为112.7℃，相变潜热为320.5j/g。相比于纯物质有小幅度降低，其中比纯赤藻糖醇降低4.7％，比纯甘露糖醇降低32.5％，使其具有更加宽泛的温度使用范围；
40.其相变潜热对于高潜热物质有所降低，对于低潜热物质有所提高，即比纯赤藻糖醇降低8.6％，比纯甘露糖醇提高3.2％；
41.其过冷度在20.9℃，在添加膨胀石墨以后相变储能材料的过冷度有不同程度的降低。
42.下面列举几个具体实施例：
43.实施例1
44.s1：称取75.3g的赤藻糖醇和24.7g的甘露糖醇，将二者在加热沙中加热进行融化混合，得到相变储能材料基液；
45.s2：称取0.1g的纳米颗粒，将其与相变储能材料基液混合进行搅拌，得到相变储能材料混合基液；
46.其中，纳米颗粒为膨胀石墨，其优点已在上述说明，在此不再赘述；纳米颗粒在与相变储能材料基液混合前还需进行干燥处理，干燥的温度为80℃，干燥的时间为12h；
47.纳米颗粒与相变储能材料基液混合过程中，将纳米颗粒与相变储能材料基液置入搅拌装置中进行机械搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为1h；
48.同时，在搅拌过程中，还需进行加热，加热的温度为160℃。
49.s3：将相变储能材料混合基液置入超声波发射装置中，一定时间后取出，得到相变储能材料，其中，超声波发射装置的超声波功率为200w，发射时间为1h。
50.如图2实施例1一种相变储能材料步冷曲线图所示，本实施例得出的相变储能材料过冷度为19.1℃。
51.实施例2
52.s1：称取75.3g的赤藻糖醇和24.7g的甘露糖醇，将二者在加热沙中加热进行融化混合，得到相变储能材料基液；
53.s2：称取0.3g的纳米颗粒，将其与相变储能材料基液混合进行搅拌，得到相变储能材料混合基液；
54.其中，纳米颗粒为膨胀石墨，其优点已在上述说明，在此不再赘述；纳米颗粒在与相变储能材料基液混合前还需进行干燥处理，干燥的温度为80℃，干燥的时间为12h；
55.纳米颗粒与相变储能材料基液混合过程中，将纳米颗粒与相变储能材料基液置入搅拌装置中进行机械搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为1h；
56.同时，在搅拌过程中，还需进行加热，加热的温度为160℃。
57.s3：将相变储能材料混合基液置入超声波发射装置中，一定时间后取出，得到相变储能材料，其中，超声波发射装置的超声波功率为200w，发射时间为1h。
58.如图3实施例2一种相变储能材料步冷曲线图所示，本实施例得出的相变储能材料过冷度为15.4℃。
59.实施例3
60.s1：称取75.3g的赤藻糖醇和24.7g的甘露糖醇，将二者在加热沙中加热进行融化混合，得到相变储能材料基液；
61.s2：称取0.5g的纳米颗粒，将其与相变储能材料基液混合进行搅拌，得到相变储能材料混合基液；
62.其中，纳米颗粒为膨胀石墨，其优点已在上述说明，在此不再赘述；纳米颗粒在与相变储能材料基液混合前还需进行干燥处理，干燥的温度为80℃，干燥的时间为12h；
63.纳米颗粒与相变储能材料基液混合过程中，将纳米颗粒与相变储能材料基液置入搅拌装置中进行机械搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为1h；
64.同时，在搅拌过程中，还需进行加热，加热的温度为160℃。
65.s3：将相变储能材料混合基液置入超声波发射装置中，一定时间后取出，得到相变储能材料，其中，超声波发射装置的超声波功率为200w，发射时间为1h。
66.如图4实施例3一种相变储能材料步冷曲线图所示，本实施例得出的相变储能材料过冷度为11.7℃。
67.实施例4
68.s1：称取75.3g的赤藻糖醇和24.7g的甘露糖醇，将二者在加热沙中加热进行融化混合，得到相变储能材料基液；
69.s2：称取0.7g的纳米颗粒，将其与相变储能材料基液混合进行搅拌，得到相变储能材料混合基液；
70.其中，纳米颗粒为膨胀石墨，其优点已在上述说明，在此不再赘述；纳米颗粒在与相变储能材料基液混合前还需进行干燥处理，干燥的温度为80℃，干燥的时间为12h；
71.纳米颗粒与相变储能材料基液混合过程中，将纳米颗粒与相变储能材料基液置入搅拌装置中进行机械搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为1h；
72.同时，在搅拌过程中，还需进行加热，加热的温度为160℃。
73.s3：将相变储能材料混合基液置入超声波发射装置中，一定时间后取出，得到相变储能材料，其中，超声波发射装置的超声波功率为200w，发射时间为1h。
74.如图5实施例4一种相变储能材料步冷曲线图所示，本实施例得出的相变储能材料过冷度为9.6℃。
75.实施例5
76.s1：称取75.3g的赤藻糖醇和24.7g的甘露糖醇，将二者在加热沙中加热进行融化混合，得到相变储能材料基液；
77.s2：称取1.0g的纳米颗粒，将其与相变储能材料基液混合进行搅拌，得到相变储能材料混合基液；
78.其中，纳米颗粒为膨胀石墨，其优点已在上述说明，在此不再赘述；纳米颗粒在与相变储能材料基液混合前还需进行干燥处理，干燥的温度为80℃，干燥的时间为12h；
79.纳米颗粒与相变储能材料基液混合过程中，将纳米颗粒与相变储能材料基液置入搅拌装置中进行机械搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为1h；
80.同时，在搅拌过程中，还需进行加热，加热的温度为160℃。
81.s3：将相变储能材料混合基液置入超声波发射装置中，一定时间后取出，得到相变储能材料，其中，超声波发射装置的超声波功率为200w，发射时间为1h。
82.如图6实施例5一种相变储能材料步冷曲线图所示，本实施例得出的相变储能材料过冷度为4.5℃。
83.以上对本发明的多个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。