一种钡基水合盐定形相变材料及其制备方法与流程

本发明属于相变材料领域，具体涉及一种基于膨胀石墨的钡基水合盐定形相变材料及其制备方法，用于中低温蓄热领域。
背景技术：
：相变储能因为储能密度大、相变温度恒定以及相变材料广泛易得，被认为是一种非常有潜力的储能方式。在中低温蓄热领域中，水合盐相变储能材料是一类性能佳的材料，其中的八水氢氧化钡材料潜热最高、性能稳定，相变温度用于中低温自最为合适，但是此种材料在熔化状态下呈现强碱性，高温熔融状态下对一般金属容器比较容易造成较大腐蚀，以致泄漏，所以在工程应用中为避免造成水源或者中间介质的污染，应用较少。为了解决此问题，实际工程中一般会在容器内部添加化学涂层并且加大外壳壁厚，防止壁面腐蚀以后相变融化时的泄漏问题，可一定程度上解决此种材料的缺陷，但仍然治标不治本，没有从根源上解决泄漏问题：一方面涂层性能会随着装置的使用逐渐失去隔离效果，另一方面由于加厚容器造成装置重量大大增加，运输安置困难、成本增加。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有水合盐中低温蓄热工程应用时相比储能材料处于熔化状态易发生泄漏风险的问题，提供一种钡基水合盐定形相变材料及其制备方法，利用膨胀石墨将八水氢氧化钡制成钡基水合盐定形相变材料，完全融化仍呈果冻状物态，不会由于较强流动性发生泄漏危险，在不影响材料固有性能的基础上，大大增加材料的工程实用性。本发明解决上述技术问题采用如下技术方案：一种钡基水合盐定形相变材料(eg/ba(oh)2)，由以下质量百分比的原料组成：所述膨胀石墨呈鱼鳞状；所述钡基水合盐定形相变材料熔融状态下呈果冻状，以所述膨胀石墨为骨架且分层相隔，所述八水氢氧化钡均匀填充并吸附于孔隙层内。优选地，所述钡基水合盐定形相变材料由以下质量百分比的原料组成：本发明的上述原料中，一水氢氧化钡起到成核作用，为减小八水氢氧化钡本身的过冷缺陷，加水的目的在于防止解热过程中结晶水挥发过多导致性能下降。上述钡基水合盐定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将膨胀石墨于800℃保温至完全膨胀；(2)将八水氢氧化钡和一水氢氧化钡按质量配比充分混合后于90℃恒温融化；(3)将步骤(2)中融化好的混合材料与步骤(1)中完全膨胀的膨胀石墨按质量配比混合，加水，并于90℃恒温搅拌5min，密封后于90℃保温2min，重复上述恒温搅拌和密封保温过程若干个循环，直至混合物呈果冻状，即得。进一步，还包括将步骤(3)所得钡基水合盐定形相变材料进行油封的步骤；如加入包括石蜡和/或硅油的油脂防止长期放置于空气中变质。上述钡基水合盐定形相变材料在中低温蓄热工程中的应用。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明利用膨胀石墨膨胀后丰富的孔隙，将八水氢氧化钡吸附至孔隙内，降低其流动特性，即便熔融状态也不会泄漏出。由于碳材料具有较大的导热率，复合材料整体导热性也大大增加，膨胀石墨片层的存在可以成为水合盐成核的附着点，有利于材料凝固成核，制备的基于膨胀石墨和八水氢氧化钡的水合盐定形相变材料具有较好的物理和储热特性，大大增加其在工程应用中的适用性和广泛性。附图说明图1为本发明中钡基水合盐定形相变材料的填充状况；其中：放大1000倍，1-相变材料，2-膨胀石墨片层。图2为本发明中钡基水合盐定形相变材料的xrd红外衍射图。图3为本发明中钡基水合盐定形相变材料的热性能参数曲线。图4为本发明中钡基水合盐定形相变材料的热循环对比曲线。图5为本发明中钡基水合盐定形相变材料的热循环后热性能参数曲线。具体实施方式下面结合专利附图给出具体实施例，进一步说明本发明钡基水合盐定形相变材料如何实现。钡基水合盐定形相变材料eg/ba(oh)2的制备方法，其具体步骤为：先将马弗炉升温至800℃，将膨胀石墨放入炉腔中，保持30秒恒温，至完全膨胀，取出待用；将八水氢氧化钡与一水氢氧化钡充分混合，放至90℃恒温槽中融化；将融化好的混合材料与待用的定量膨胀石墨混合，加入水，并在90℃恒温槽中搅拌5min；将搅拌均匀的材料用保鲜膜密封，90℃恒温槽中保温2min；打开保鲜膜，恒温搅拌5min，然后用保鲜膜密封，继续保温；重复上述恒温搅拌和密封保温的两个步骤，直至呈现果冻状熔融材质，使材料重复吸附于石墨层中，具体循环次数取决于材料的量。进一步，为防止上述钡基水合盐定形相变材料长期放置于空气中变质，加入石蜡、硅油等不易氧化且不易发生反应的工质油封。实施例1～5均采用上述相同的制备方法制备钡基水合盐定形相变材料eg/ba(oh)2，不同之处仅在于实施例1～5的原料质量配比不同，具体如表1所示。表1参见图1，钡基水合盐定形相变材料中膨胀石墨分层相隔，相变材料被均匀填充于石墨层的间隙中，由于融化液体的粘性力、表面张力及内部相关分子力的作用，材料被束缚于孔隙内部，传热时通过石墨网络结构进行吸热或者放热，所以膨胀石墨不仅可作为定型相变材料的骨架，还可增强材料的传热效果，提供材料凝固时成核的依附点。参见图2，钡基水合盐定形相变材料的xrd红外射线衍射表征可以看出，相变材料与膨胀石墨的复合性质为物理吸附，而非化学反应，可以很好地保持原材料的性能。参见图3和4以及表1所示，本发明钡基水合盐定形相变材料的热性能参数曲线、热循环对比曲线，及关键热物性及泄漏性能表征可见，随着循环次数增加，过冷度有增大趋势，但放热平台依旧平稳，不影响材料在寿命期内的使用。表2样品名相变温度/℃相变潜热/kj/kg500次循环后的物态纯八水氢氧化钡78.2270.8纯流态实施例177.9267.7几乎无流动性实施例278.2261.0无流动性实施例377.8253.2果冻状实施例477.8245.7果冻状实施例577.2241.6固态土壤状参见图5，钡基水合盐定形相变材料初次测试与循环100次、300次、500次之后的dsc曲线可以看到，随着循环次数的增加，相变温度逐渐升高，但是仍然保持在78-80℃左右，潜热值略有降低。由此可知，由本发明中钡基水合盐定形相变材料加入膨胀石墨以后，原材料热性能影响较小，考虑到吸附饱和性，7wt％的膨胀石墨性能最佳，并且无任何泄漏现象发生，具有较好的热性能及循环稳定性，具有较高的工程应用价值。当前第1页12