一种太阳能储热材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种太阳能储热材料及制备方法;特别是指一种储热行为定向可调的太阳能储热材料及制备方法;属于储热材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]太阳能作为最清洁的可再生能源，在所有的可再生能源中，分布最广且易得，受到全世界的关注。然而，太阳能存在明显间歇性和能量密度低的缺点。太阳能储热材料通过将太阳热能储存起来，可解决能量供求在时空上不匹配的矛盾，实现能量供应的可连续性和高效利用。目前太阳能储热材料在太阳能光热领域，如太阳能热发电、建筑节能以及无水箱太阳能热水系统中具有巨大应用潜力。
[0003]硬脂酸发生相变可以储存热量，储热容量大于170J.g—I作为相变材料被广泛应用于太阳能储热行业。但是，硬脂酸发生相变时易流动且导热系数低(0.25W.m—1.K—1)，而且其吸热温度通常仅介于50-60°C，放热温度仅介于45-55°C。目前，主要通过采用多孔基体(如:多孔金属、多孔矿物等)装载硬脂酸固定其形状并提高导热性能，制备定型太阳能储热材料。现有报道的采用氧化石墨烯、二氧化硅等多孔基体，虽然能克服硬脂酸相变易流动、导热系数低等缺点，但是不能拓展其吸热和放热温度，即不能改变硬脂酸的储热行为，无法满足不同应用场合的需求，从而硬脂酸的应用受到限制。因此，在克服其现有缺点的基础上，需定根据应用需求，定向调控硬脂酸的储热行为。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有硬脂酸定型太阳能储热材料的不足，提供一种太阳能储热材料及制备方法。
[0005]本发明一种太阳能储热材料，所述的储热材料由石墨稀-纳米二氧化娃复合材料和硬脂酸按质量比，石墨稀-纳米二氧化娃复合材料:硬脂酸= 10-15:4-7组成，所述石墨稀-纳米二氧化娃复合材料中，石墨稀与纳米二氧化娃的质量比为1-20:80-99，优选为1-10:90-99。
[0006]本发明一种太阳能储热材料，所述的储热材料由石墨稀-纳米二氧化娃复合材料和硬脂酸组成;所述储热材料的吸热温度区间为40-65°C、在吸热温度区间存在3个相连的吸收峰，所述储热材料的放热温度区间为25-65°C优选为35-62°C、在放热温度区间存在至少3个放热峰。
[0007]本发明一种太阳能储热材料，所述3个相连的吸收峰中至少有一个是馒头峰;所述储热材料的放热温度区间为25-65°C优选为35-62°C、在放热温度区间存在至少3个放热峰，所述放热峰中至少有一个是慢头峰。
[0008]本发明一种太阳能储热材料的制备方法，包括下述步骤:
[0009]步骤一
[0010]按设计的组分配取氧化石墨烯、硅溶胶、硬脂酸；先将配取的硅溶胶用水稀释，得到硅溶胶稀释液，然后往硅溶胶稀释液加入硅烷偶联剂，在30-60 V加热搅拌，得到混合溶液;将配取的氧化石墨烯溶液加入至混合溶液中，搅拌均匀后，在50-70°C下干燥后，在保护气氛下700-900°C焙烧，得到石墨烯-纳米二氧化硅复合材料;所述硅溶胶稀释液中二氧化娃的质量百分含量为5-15% ;所加入娃烧偶联剂的质量为娃溶胶稀释液质量的1-2% ；
[0011]步骤二
[0012]先将步骤一配取硬脂酸置于容器底部，再将步骤一所得石墨烯-纳米二氧化硅复合材料均匀覆盖于硬脂酸上，在真空条件下，进行超声加热，得到所述太阳能储热材料;进行超声加热时，控制温度为75-85°C。
[0013]为了提升产品的性能，本发明一种太阳能储热材料的制备方法，步骤二中，先将步骤一配取硬脂酸置于容器底部，再将步骤一所得石墨烯-纳米二氧化硅复合材料均匀覆盖于硬脂酸上，将抽真空至容器内气压小于等于0.05MPa后，置于加热型超声波清洗器中于60-100°C、优选为80°C维持30-50min、优选为40min，停止抽真空，使空气返回容器中，超声处理3-8min、优选为5min后，取出容器中的混合物，冷却，得到太阳能储热材料。
[0014]本发明一种太阳能储热材料的制备方法，步骤一中，所述硅烷偶联剂选自型号为KH-540、KH-550、S1-603、KH-792、S1-602、S1-550、S1-902 中的至少一种。
[0015]本发明一种太阳能储热材料的制备方法，步骤一中，在30_60°C加热搅拌8-12小时，优选为10小时。
[0016]本发明一种太阳能储热材料的制备方法，步骤一中，在保护气氛下700_900°C焙烧90-150min。所述保护气氛选自氩气气氛、氦气气氛、氮气气氛中的至少一种。
[0017]原理和优势
[0018]本发明经过研究发现将二氧化硅与少量石墨烯耦合后，再装载硬脂酸，可以克服其相变易流动、导热系数低等缺点，同时所得到的太阳能储热材料由于存在特殊的放热峰以及吸热峰，由于石墨烯和二氧化硅的界面耦合作用，通过合理的组分设计后，用调节石墨烯-纳米二氧化硅复合材料中石墨烯和纳米二氧化硅的质量比的手段即可拓宽其吸热和放热温度，实现储热行为定向可调。
[0019]本发明通过合成不同质量比的石墨烯-纳米二氧化硅复合材料，装载硬脂酸，调控其储热行为，制备储热行为定向可调的太阳能储热材料。本发明中利用石墨烯与二氧化硅耦合形成特殊的界面结构作用于硬脂酸，扩大硬脂酸的晶胞，进而调节石墨烯-纳米二氧化硅复合材料中石墨烯的含量，实现大幅度调控储热行为，满足更多场合使用的要求。同时本发明通过少量石墨烯的选用，可大幅度的调控所得成品储热行为，这为降低应用成本，提供了必要条件。
[0020]综上所述，本发明加工工艺简单、可定向调控材料的储热行为;有效提高了其储热能力，满足更多场合使用的要求。
【附图说明】
[0021]附图1为实施例1所得成品的放热-吸热曲线图；
[0022]附图2为实施例2所得成品的放热-吸热曲线图；
[0023]附图3为对比例I所得成品的放热-吸热曲线图；
[0024]附图4为对比例2所得成品的放热-吸热曲线图；
[0025]附图5为对比例3所得成品的放热-吸热曲线图。
【具体实施方式】
[0026]下面的实施例仅为了进一步说明本发明，而不是限制本发明。本发明可以按
【发明内容】
所述的任一种方式实施。
[0027]实施例1:
[0028]称取二氧化硅质量分数为30 %的硅溶胶50g，加入97g去离子水稀释后，添加2.5mL硅烷偶联剂，30 V下搅拌14h，得到混合溶液;量取氧化石墨烯含量为3mg/mL的氧化石墨烯溶液50mL，缓慢加入至混合溶液中，搅拌均匀，在50 °C下干燥后，在氩气气氛下70