专利名称：一种高温储能相变材料及其制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金高温储能相变材料及其制备和应用。
背景技术：
能源问题是世界和中国经济社会发展面临的最严重的问题之一，常规能源的紧缺以及由此带来的环境污染问题，直接影响到未来人类可持续发展战略的实施进程。太阳能作为一种无公害、储量无穷的自然能源，引起了人们的广泛关注。在太阳能热利用技术中， 目前应用较普遍的有太阳能热水器、太阳能环保建筑、太阳能光伏发电及太阳能热发电等。 把太阳热能进行大规模集中并发电，是电力工业实现可持续发展的重要能源基础。与光伏发电相比，太阳能热发电系统具有造价低、效率高的优点。美国、西班牙等国在上世纪80年代建成了商业化的太阳能热发电系统，至今已取得了较好的经济效益与应用技术成果。太阳能热发电已成为人们研究的焦点，但太阳能具有间歇不稳定的特点。高温储热系统的设计和高温储热材料的优化是太阳能高温储热技术的关键，直接关系到太阳能发电的效率和成本。用于太阳能热发电的高温储热系统需满足(1)良好的保温效果；(2)高温下抗氧化性；C3)能实现充热及放热循环；(4)操作简单；( 安全可靠且成本低。高温储热材料则需满足(1)高的储热密度；( 充热及放热循环完全可逆；C3)良好的热传导性；高热震稳定性；( 无高温腐蚀；(6)优良的化学稳定性；(7)安全可靠成本低。目前国内外用作太阳能热发电中的中高温储热材料主要有熔融盐(KN03，NaNO3或两者的混合物)、 铁矿石。但熔盐存在一个非常明显的缺陷是其较强的腐蚀性，毒性、不稳定性问题，对热交换管道及其它附属设施具有非常强的腐蚀行为，由此增加了电厂的运行成本，并降低了系统安全稳定性能。国内使用相变材料作为太阳能蒸汽发电储热材料的研究尚处在实验阶段。国外此类技术相对成熟，许多国家已经将储热材料应用到太阳能发电厂中在2003年美国加利福利亚已建成年发电量为30MW的发电厂，还有一座350MW的发电厂正在建造中；德国2005年已建成年发电量为2xl00MW的太阳能发电站，西班牙2004年已建成一座年发电量为100MW 的太阳能发电站，并将在2010年建成500MW的太阳能发电站。中国专利CN 101225492A已有将铝合金作为相变储能材料的报道。但以Al-Mg-Sn三元合金体系制备潜热高，应用于太阳能发电厂的文献及专利还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温储能相变材料及其制备和应用，其为熔点在 4000C -600°C铝基合金，可作为太阳能热电厂高温储能材料。为实现上述目的，所采用的技术方案为一种高温储能相变材料，其为Al-Mg-Sn三元合金体系，Al-Mg-Sn三元合金体系中 Al的质量百分含量为40% 65%，Mg的质量百分含量为25% 55%，Sn的质量百分含量为5% 15% ；其熔点在4000C -6000C ο
所述材料的制备方法按所需比例将Al、Mg、Sn三种金属粉末混合后，经高能机械球磨和粉末冶金制备得到金属合金相变材料。高能机械球磨时，于球磨中的球料重量比为40-60 1，球磨机转速400-500R/ min，球磨3- 后，取样；将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以5-20°C /min升温至 500-700°C后焙烧2-4h，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。所述的高温相变材料可作为太阳能高温蒸汽发电的储热材料。本发明采用高能球磨及粉末冶金的方法制备了以铝合金材料为基体，具有性具有较高储能密度、良好的热循环性能、高导热率、成本低、无毒、对环境无腐蚀等诸多优点的高温相变储能材料，突破以往用熔盐(KN03，NaNO3或两者的混合物)、铁矿石等作为储热材料而对热交换管道及其它附属设施具有非常强的腐蚀行为的缺陷。应用于太阳能发电厂中， 可显著提高太阳能热点系统的能量转化效率。
图1为高温相变材料DSC测试曲线。
具体实施例方式实施例1 将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为35%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为5%，纯度为99. 0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨证后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至500°C后焙烧池，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。用Netzsch Proteus STA449型热分析仪考察合金产物熔化焓。实验条件为样品用量IOmg左右，50ml/min氩气气氛，升温速率20°C /min，实验温区40-600°C，同样条件下测量经5次熔化-冷凝后合金产物的熔化焓。其相变温度为455°C左右，焓变分别为 298. 2J/g和观5. 8J/g，相变潜热衰变较小，结果如附图1所示。实施例2:将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为30%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为10%，纯度为99.0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨证后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至600°C后焙烧几，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。实施例3:将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为25%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为15%，纯度为99.0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨证后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至700°C后焙烧证，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。
实施例4 将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为35%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为5%，纯度为99. 0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨IOh后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至600°C后焙烧证，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。实施例5 将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为30%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为10%，纯度为99.0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨IOh后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至700°C后焙烧池，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。实施例6 将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为25%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为15%，纯度为99.0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨IOh后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至500°C后焙烧几，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。实施例7 将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为35%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为5%，纯度为99. 0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨1 后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至700°C后焙烧几，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。实施例8 将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为30%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为10%，纯度为99.0%的锡粉均勻混合后，以1 50的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨1 后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至500°C后焙烧证，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。实施例9 将质量百分含量为60%，纯度为99. 5%的铝粉，质量百分含量为25%，纯度为 99. 5%的镁粉及质量百分含量为15%，纯度为99.0%的锡粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨机中500R/min，球磨1 后，湿法取样。将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以10°C /min升温至600°C后焙烧池，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。本发明特点在于相变潜热高，相变稳定性及可逆循环性好。本发明可为解决工业余热回收、热电厂特别是太阳能发电厂热能储存与运输萧峰填谷、能源的高效利用提供可能。
权利要求
1.一种高温储能相变材料，其特征在于其为Al-Mg-Sn三元合金体系，Al-Mg-Sn三元合金体系中Al的质量百分含量为40 % 65%, Mg的质量百分含量为25% 55%，Sn的质量百分含量为5% 15% ；其熔点在 4000C -600"C。
2.—种权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于按所需比例将Al、Mg、Sn三种金属粉末混合后，经高能机械球磨和粉末冶金制备得到金属合金相变材料。
3.根据权利要求2所述材料的制备方法，其特征在于高能机械球磨时，于球磨中的球料重量比为40-60 1，球磨机转速400-500R/min，球磨3- 后，取样；将球磨后产物置入高温管式炉中，氩气气氛保护下，以5-20°C /min升温至500-700°C 后焙烧2-4h，待产物自然降至室温，研磨为粉状即得产品。
4.一种权利要求1所述高温储能相变材料的应用，其特征在于所述的高温相变材料可作为太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
全文摘要
本发明涉及一种高温储能相变材料及其制备和应用，采用A1-Mg-Sn三元合金体系通过高能球磨及粉末冶金的方法制备。Al-Mg-Sn三元合金中，Mg的质量百分含量为25％-35％，Sn的质量百分含量为5％-10％。本发明特点在于相变潜热高，相变稳定性及可逆循环性好。本发明可为解决工业余热回收、热电厂特别是太阳能发电厂热能储存与运输萧峰填谷、能源的高效利用提供可能。
文档编号C22C1/04GK102312138SQ20101021596
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者姜春红, 孙立贤, 张箭, 徐芬, 赵军宁 申请人:中国科学院大连化学物理研究所