一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法

本发明涉及相变材料的制备方法。

背景技术：

1、目前，能量存储和转换主要集中在电化学电池上。然而，热是工业生产、人体热环境和建筑热环境中最基本的能量类型。其中可以长期存储热量并根据需要释放存储能量的热电池引起了广泛关注。由于相变材料在可逆相变过程中的可逆存储和释放能量，其可以作为一种热电池。然而，相变材料只能一次释放所有的存储能量，而不能间歇式的多次释放部分存储的能量，造成极大的不便和大量的能量浪费。

技术实现思路

1、本发明要解决现有相变材料只能一次释放所有的存储能量，而不能间歇式的多次释放部分存储能量的问题，进而提供一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法。

2、一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，它是按照以下步骤进行的：

3、将三水合乙酸钠晶体加热熔化，得到熔化的三水合乙酸钠，将熔化的三水合乙酸钠、聚合物单体、交联剂及稳定剂加热混合10min～30min，得到反应体系，向反应体系中加入引发剂并保温，得到既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料；

4、所述的三水合乙酸钠晶体与聚合物单体的质量比为1:(0.1～0.5)；所述的三水合乙酸钠晶体与交联剂的质量比为1:(0.002～0.02)；所述的三水合乙酸钠晶体的质量与稳定剂的体积比为1g:(0.002～0.3)ml；所述的三水合乙酸钠晶体与引发剂的质量比为1:(0.002～0.015)；

5、所述的稳定剂为浓度为0.001g/ml～0.2g/ml的纤维素悬浮液或浓度为0.05g/ml～0.2g/ml的晶须化木粉分散液。

6、本发明的有益效果是：

7、为了获得间歇放热相变材料，晶体生长必须能够迅速中止。晶体生长的过程是指晶核或种子在过饱和溶液中出现后晶核或种子的持续生长，过饱和是晶体生长的动力。晶体生长的三个阶段：(1)溶质分子从溶液相吸附到晶体表面；(2)到达晶体表面的溶质向晶体表面生长，使晶体变大，同时放出结晶热；(3)结晶热传递回溶液。如果在晶体生长过程中切断溶质分子与晶体表面之间的路径，可以防止溶质分子附着在晶体表面，从而阻止晶体生长。在三水合乙酸钠凝胶中，过冷三水合乙酸钠具有较高的能垒，在本发明基体中不易成核从而可以长期储存能量。然而，三水合乙酸钠凝胶被异物(晶种，塑料，木头，金属，玻璃等)接触后，接触部分会迅速形成晶核，三水合乙酸钠晶体迅速生长并放热。且结晶区与非结晶区之间存在非常明显的界限，并且随着晶体不断生长，结晶区域不断扩大。这时，将沾水的剪刀迅速剪开结晶区与非结晶区可以中止结晶。这是因为水将盐凝胶与剪刀接触区域的饱和溶液转变为不饱和溶液，防止在与异物接触的部分形成新的晶核，从而在不诱导成核结晶的情况下中止结晶。而剩余未结晶的三水合乙酸钠凝胶将会继续保持过冷态(储存能量)直到下一次使用。此外，当所述的交联剂为淀粉时，淀粉糊化过程中产生的大量氢键赋予了三水合乙酸钠凝胶良好的自愈合性能，从而保证了三水合乙酸钠凝胶可以多次循环使用；当所述的交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺和三氯化铁时，金属离子和聚合物体系之间形成了大量的离子配位键从而赋予凝胶自愈合性能。

8、本发明用于一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法。

技术特征：

1.一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：

2.根据权利要求1所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于所述的纤维素悬浮液具体是按以下步骤制备：将纤维素加入到去离子水中，在转速为500r/min～10000r/min的条件下，均质5min～30min，得到纤维素悬浮液。

3.根据权利要求2所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于所述的纤维素为木材纤维素、棉花纤维素或细菌纤维素。

4.根据权利要求1所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于所述的晶须化木粉分散液具体是按以下步骤制备：将木粉浸渍于亚氯酸钠和醋酸的混合水溶液中，然后在温度为80℃～100℃的条件下，蚀刻处理1h～12h，最后用去离子水清洗并干燥，得到晶须化木粉，将晶须化木粉分散到水中，得到晶须化木粉分散液。

5.根据权利要求4所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于所述的亚氯酸钠和醋酸的混合水溶液中亚氯酸钠的质量百分数为1％～5％，醋酸的质量百分数为0.1％～1％。

6.根据权利要求1所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于所述的聚合物单体为丙烯酰胺或丙烯酰胺和丙烯酸的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于所述的交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺、三氯化铁和淀粉中的一种或其中几种的混合。

8.根据权利要求1所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵。

9.根据权利要求1所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于在温度为65℃～85℃的条件下，将熔化的三水合乙酸钠、聚合物单体、交联剂及稳定剂加热混合5min～30min，得到反应体系。

10.根据权利要求1所述的一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，其特征在于在磁力搅拌及温度为65℃～85℃的条件下，向反应体系中加入引发剂，停止搅拌后保温5min～3h。

技术总结
一种既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备方法，本发明涉及相变材料的制备方法。本发明要解决现有相变材料只能一次释放所有的存储能量，而不能间歇式的多次释放部分存储能量的问题。方法：将熔化的三水合乙酸钠、聚合物单体、交联剂及稳定剂加热混合，得到反应体系，向反应体系中加入引发剂并保温。本发明用于既可以长期储存能量又可以间歇结晶放热的相变材料的制备。

技术研发人员：王成毓,刘一繁,杨海月,周加左
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15