一种离子液体基相变储能材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料合成技术领域，尤其是相变储能材料的应用。
【背景技术】
[0002] 相变储能材料能将暂时不用的能量储存起来，到需要时再将其释放，这就可以缓 解能量供求之间的矛盾，节约能源。利用相变储能材料的这个特性，可以将其用在空调节 能领域、太阳能领域、航空航天领域及电力等方面。由于单一的相变材料在使用过程中性能 不稳定，满足不了实际应用的要求，对相变材料的改进，以及在复合相变储能材料方面的 研究成了近年来的研究重点。
[0003] 储能材料按储能的方式大体分为：显热储能、化学反应储能和潜热储能三大类。 显热储能是通过物质的温度变化来储存热能的，储热介质必须具有较大的比热容。显热储 能材料虽然在使用上比较简单方便，但是其材料自身的温度在不断变化，无法达到控制温 度的目的，并且该类材料储能密度低，从而使相应的装置体积庞大，因此其应用价值不 尚。
[0004] 潜热储能是利用相变材料在相变时吸热或放热来储能或释能的，这种储能方式 不仅储存的能量密度高，而且所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。还 有一个很大的优点：即这类材料在相变储能过程中材料近似恒温，因此最具有实际应用前 景，也是目前应用最多和最重要的储能方式。相变材料在太阳能领域、储热储冷领域、空调 建筑领域、以及航空航天领域中有着诱人的前景。
[0005] 相变储能技术是利用材料在相变的过程中吸收或释放大量的热能，从而起到控温 和储能的作用，可以解决能量供求在时间和空间上分配不平衡的矛盾，是提高能源利用效 率的有效手段。在航空航天、太阳能利用、工业余热回收、采暖和空调、医学工程、军事工程、 蓄热建筑和极端环境服装等众多领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。
[0006] 相变储能材料是相变储能技术的核心。现有的相变储能材料在耐久性、经济性和 储热性能等方面存在诸多问题。耐久性问题主要表现在多次储、放热循环后相变材料的热 物理性质退化，相变材料从基体材料中泄漏，相变过程所产生的应力会破坏基体材料。经济 型问题主要表现为相变材料及相变储能复合材料价格较高，导致单位热能的储存费用上 升，失去了与其它储热方法的比较优势。储热性能问题主要表现为几乎所有的相变材料都 存在储能密度低、热导率低、相变过程中的传热性能差等现象。上述问题的存在严重制约了 相变储能材料的规模化生产和应用。
[0007] 离子液体具有蒸气压低、热稳定性好、可设性强等优点，是一类全新的相变储能材 料，与现有的相变储能材料相比：①较低的蒸气压使离子液体挥发损失可控制在较低的程 度；②良好的热稳定性使其适应于各种严苛的应用环境；③离子液体在储、放热循环中始 终保持相同的固液组成，无相分离现象。
[0008]目前，用作相变储能材料的离子液体主要为烷基咪唑类离子液体，该类离子液体 合成工艺复杂，合成过程中需进行纯化分离，会造成一定的环境问题，且价格昂贵，达到 3000元~5000元/千克，市场推广应用难度极大。此外，烷基咪唑类离子液体导热性能不 佳，降低了其应用的可能性。
【发明内容】
[0009] 为克服现有技术的不足，本发明提供一种离子液体基相变储能材料，包括如下组 分：带有氢键供体的季铵盐或季鱗盐和无水金属盐；其中，所述无水金属盐占所述离子液 体基相变储能材料总质量的质量百分数不低于5%。
[0010] 进一步地，所述无水金属盐与所述季铵盐或季鱗盐的物质的量之比为1~3 :1~ 2〇
[0011] 进一步地，所述无水金属盐的阳离子选自：1^+、]\%2+、2112+、511 2+、633+、413+、1113+、13;[3+、 Pb2+、Fe2+、Co2+、Cu2+中的一种或多种 ；所述无水金属盐的阴离子选自N03、S042、Cl、Br、F、 I、PO43、BF4、PF6中的一种或多种。
[0012] 进一步地，所述季铵盐或季鱗盐的阳离子中至少带有羟基、胺基或羧基中的一种 或多种官能团。
[0013] 进一步地，还包括成核剂，所述成核剂的质量占所述离子液体基相变储能材料总 质量的质量百分数不高于5%。
[0014] 本发明还提供这种离子液体基相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015] 将带有氢键供体的季铵盐或季鱗盐和无水金属盐研磨混合形成第一混合物，其 中，所述无水金属盐占所述第一混合物总质量的质量百分数不低于5% ;
[0016] 将所述第一混合物置于反应器中，控制温度为80~200°C，使所述第一混合物加 热熔融形成均一透明的第一液体；冷却所述第一液体获得所述离子液体基相变储能材料。
[0017] 进一步地，所述无水金属盐与所述季铵盐或季鱗盐的物质的量之比为1~3 :1~ 2〇
[0018] 进一步地，所述无水金属盐的阳离子选自丄;[+、]\%2+、211 2+、5112+、633+、厶13+、1113+、13;[ 3+、 Pb2+、Fe2+、Co2+、Cu2+中的一种或多种 ；所述无水金属盐的阴离子选自N03、S042、Cl、Br、F、 I、PO43、BF4、PF6中的一种或多种。
[0019] 进一步地，所述季铵盐或季鱗盐的阳离子中至少带有羟基、胺基或羧基中的一种 或多种官能团。
[0020] 进一步地，所述第一混合物中还加入成核剂一并加热熔融，所述成核剂的质量占 所述第一混合物总质量的质量百分数不高于5%。
[0021] 有益效果：
[0022] 与现有的离子液体基相变储能材料相比，本发明的离子液体基相变储能材料具有 如下优点：
[0023] 1、合成该类新型离子液体基相变材料的原料均为常见的大宗化学试剂产品，且成 本低廉，有效降低了相变材料的生产成本，生产成本仅为50-150元/千克。
[0024] 2、合成该类新型离子液体基相变材料的工艺简单，仅需进行简单的加热熔合，所 得产品也无需另行纯化分离，极大地减少了生产操作成本，且生产原料全部得到了利用，没 有副产物产生，不会对环境产生不良影响。
[0025] 3、该类新型离子液体基相变材料导热性好。烷基咪唑类离子液体导热系数一般低 于0. 35W · m 1 · K \本发明的新型离子液体基相变材料导热系数均大于0. 35W · m 1 · K \相 变洽也均大于120J · cm 3
【具体实施方式】
[0026] 下面，将对本发明实施例做详细介绍。
[0027] 步骤一：准备原材料。本发明的原材料包括：
[0028] 1、无水金属盐。该无水金属盐的选择范围较宽，例如，无水金属盐的阳离子可选 自：1^ +、1%2+、2112+