一种相变储能材料及制备方法与流程

本发明涉及储能材料及制备方法技术领域，特别是涉及一种相变储能材料及制备方法。

背景技术：

随着能源短缺和环境污染问题的日益突出，利用新能源、提高能源的利用率越来越受到人们的重视。能量存储技术，作为解决能量供给--需求失衡问题的重要方法，备受国内外企业及相关研究机构的关注。能量存储技术中，以相变储能材料为基础的热能存储是目前应用范围最广的能量存储技术之一。相变储能即利用相变材料相变时吸热或放热来进行能量的存储和释放，其相对于显热储热具有储能密度高、温度恒定等优点，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。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变储能材料，用于解决现有技术中单一的相变材料在使用过程中性能不稳定的问题，同时，本发明还将提供一种相变储能材料的制备方法。本发明通过选取适合的材料组成及配比，有效防止了相变储能材料的过冷和相分离现象，表现出良好的循环稳定性。

为实现上述目的及其他相关目的，

本发明的第一方面，提供一种相变储能材料，所述相变储能材料包括重量份数的如下组分：85～97份的主体相变材料，1～15份的温度抑制剂，1～5份的增稠剂，1～5份的成核剂，0.1～5份的增强导热材料；

所述增强导热材料为纳米氧化铝、石墨、膨胀石墨、泡沫铜、泡沫铝中的至少一种。

在相变储能材料中，选取合适的增稠剂、成核剂，能够有效解决材料过冷问题；增稠剂使相变储能材料体系具有一定的粘稠度，从而阻止结晶水合物吸热脱水后下沉，防止相变储能材料放热结晶时不能与水重新结合，解决了材料分层现象，提高了相变储能材料的循环稳定性。本发明中相变储能材料针对无机材料导热差的问题，在主体相变材料中加入增强导热材料，均匀分散在相变储能材料体系中，在相变储能体系中构成强导热网络或支撑材料。通过hotdisk(热常数分析仪)测试相变储能材料的导热性，结果显示相对于不加增强导热材料的相变材料而言提高30～70％，从而拓展了材料的应用范围。

于本发明的一实施例中，所述相变储能材料包括重量份数的如下组分：90～95份的主体相变材料，8～12份的温度抑制剂，3～4份的增稠剂，2～4份的成核剂，1～3份的增强导热材料。

于本发明的一实施例中，所述主体相变材料为八水氢氧化锶、八水氢氧化钡、十二水磷酸氢钠、十二水硫酸钠、三水醋酸钠、三水硝酸锂、十二水硫酸铝钾、四水硝酸钙、六水氯化钙、十八水硫酸铝、二水草酸、六水硝酸镁中至少一种；

所述温度抑制剂为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、氯化钠、氯化钾、尿素中的至少一种；

所述增稠剂为聚丙烯酸钠、瓜尔胶、明胶、聚丙烯酰胺、高吸水性树脂、羟甲基纤维素钠、黄原胶、海泡石、膨润土、气相二氧化硅中的至少一种；

所述成核剂为焦磷酸钠、磷酸钠、硫酸钠、硼砂、轻质碳酸钙、氟化钙、氟化钙、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的至少一种。

主体相变材料可选择大多数相变储能材料。增稠剂一般选用增稠效果好，稳定性好的材料。

于本发明的一实施例中，所述主体相变材料为八水氢氧化锶、十二水磷酸氢钠、十二水硫酸钠、三水硝酸锂、十二水硫酸铝钾、四水硝酸钙、十八水硫酸铝、二水草酸、六水硝酸镁中一种；

所述温度抑制剂为氯化钠、氯化钾中的至少一种；

所述成核剂为磷酸钠、硼砂、气相二氧化硅中的至少一种。

于本发明的一实施例中，所述增强导热材料为纳米氧化铝或膨胀石墨。

于本发明的一实施例中，所述增强导热材料为膨胀石墨。

本发明的第二方面，提供一种制备上述相变储能材料的方法，包括如下步骤：

步骤一、按照上述重量份的配比将主体相变材料加热熔融之后加入温度抑制剂，搅拌混合均匀，再加入增稠剂搅拌混合均匀，得到混合料待用；

步骤二、再将成核剂和增强导热材料加入混合料中，搅拌混合均匀，即得相变储能材料。

相变储能材料的制备方法简单，便于大规模生产。

于本发明的一实施例中，所述步骤一中加热温度为70～120℃。

于本发明的一实施例中，所述步骤一中搅拌速率为800～1200r/min，所述步骤二中搅拌速率为2000～3000r/min。

如上所述，本发明的一种相变储能材料及制备方法，具有以下有益效果：在相变储能材料中，选取合适的增稠剂、成核剂，能够有效解决材料过冷问题；增稠剂使相变储能材料体系具有一定的粘稠度，从而阻止结晶水合物吸热脱水后下沉，防止相变储能材料放热结晶时不能与水重新结合，解决了材料分层现象，提高了相变储能材料的循环稳定性。本发明中相变储能材料针对无机材料导热差的问题，在主体相变材料中加入增强导热材料，均匀分散在相变储能材料体系中，在相变储能体系中构成强导热网络或支撑材料。通过hotdisk(热常数分析仪)测试相变储能材料的导热性，结果显示相对于不加增强导热材料的相变材料而言提高30～70％，从而拓展了材料的应用范围。

附图说明

图1显示为实施例1制备得到的相变储能材料的温度时间曲线。

图2显示为实施例3制备得到的相变储能材料的温度时间曲线。

图3显示为实施例4制备得到的相变储能材料的dsc曲线。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例1

一种相变储能材料，所述相变储能材料包括如下组分：主体相变材料(87g的三水醋酸钠)，温度抑制剂(2g的氯化钠)，增稠剂(2g的明胶)，成核剂(3g的焦磷酸钠)，增强导热材料(2g的膨胀石墨)。

一种制备上述相变储能材料的方法，包括如下步骤：

步骤一、按照上述重量份的配比将主体相变材料加热熔融之后加入温度抑制剂，搅拌混合均匀，再加入增稠剂搅拌混合均匀，得到混合料待用；其中加热温度为85℃，搅拌速率为1000r/min；

步骤二、再将成核剂和增强导热材料加入混合料中，搅拌混合均匀，搅拌速率为2000r/min，即得相变储能材料。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用dsc(差示量热扫描仪)测试相变温度，相变温度为55℃。上述实施例制备得到的相变储能材料的温度时间曲线(t-t曲线)如图1所示，从图1中也可以看出相变温度为55℃。

对上述实施例制备得到的相变储能材料进行循环稳定性测试，其焓值为264kj/kg，循环5000次无衰减。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用hotdisk(热常数分析仪)测试材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.5w/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.738w/m.k，可将上述实施例制备得到的相变储能材料应用于暖手宝、储热器等方向。

实施例2

一种相变储能材料，所述相变储能材料包括如下组分：主体相变材料(93.3g的十八水硫酸铝)，温度抑制剂(0.5g的硝酸钠，1g的氯化钾)，增稠剂(2g的聚丙烯酸钠)，成核剂(3g的硼砂)，增强导热材料(2g的膨胀石墨)。

一种制备上述相变储能材料的方法，包括如下步骤：

步骤一、按照上述重量份的配比将主体相变材料加热熔融之后加入温度抑制剂，搅拌混合均匀，再加入增稠剂搅拌混合均匀，得到混合料待用；其中加热温度为120℃，搅拌速率为1000r/min；

步骤二、再将成核剂和增强导热材料加入混合料中，搅拌混合均匀，搅拌速率为2000r/min，即得相变储能材料。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用dsc(差示量热扫描仪)测试相变温度，结果显示相变温度为85℃。

对上述实施例制备得到的相变储能材料进行循环稳定性测试，其焓值为256kj/kg，循环5000次无衰减。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用hotdisk(热常数分析仪)测试材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.51w/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.803w/m.k，，可将上述实施例制备得到的相变储能材料应用于暖手宝、储热器等方向。

实施例3

一种相变储能材料，所述相变储能材料包括如下组分：主体相变材料(92.3g的十二水磷酸氢钠)，温度抑制剂(1g的氯化钠，3g的氯化钾，1.7g的尿素)，增稠剂(2g的气相二氧化硅)，成核剂(3g的磷酸钠，1g的硼砂)，增强导热材料(2g的膨胀石墨)。

一种制备上述相变储能材料的方法，包括如下步骤：

步骤一、按照上述重量份的配比将主体相变材料加热熔融之后加入温度抑制剂，搅拌混合均匀，再加入增稠剂搅拌混合均匀，得到混合料待用；其中加热温度为75℃，搅拌速率为1000r/min；

步骤二、再将成核剂和增强导热材料加入混合料中，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用dsc(差示量热扫描仪)测试相变温度，结果显示相变温度为32℃。上述实施例制备得到的相变储能材料的温度时间曲线(t-t曲线)如图2所示，从图2中也可以看出相变温度为32℃。

对上述实施例制备得到的相变储能材料进行循环稳定性测试，其潜热值为265kj/kg，循环5000次无衰减。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用hotdisk(热常数分析仪)测试材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.49w/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.634w/m.k，可将上述实施例制备得到的相变储能材料应用于暖手宝、储热器等方向。

实施例4

一种相变储能材料，所述相变储能材料包括如下组分：主体相变材料(92.3g的十二水磷酸氢钠)，温度抑制剂(1g的氯化钠，3g的氯化钾，1.7g的尿素)，增稠剂(2g的气相二氧化硅)，成核剂(3g的磷酸钠，1g的硼砂)，增强导热材料(2g的纳米氧化铝)。

一种制备上述相变储能材料的方法，包括如下步骤：

步骤一、按照上述重量份的配比将主体相变材料加热熔融之后加入温度抑制剂，搅拌混合均匀，再加入增稠剂搅拌混合均匀，得到混合料待用；其中加热温度为90℃，搅拌速率为1000r/min；

步骤二、再将成核剂和增强导热材料加入混合料中，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用dsc(差示量热扫描仪)测试相变温度，结果显示相变温度为45℃，dsc曲线如图3所示。

对上述实施例制备得到的相变储能材料进行循环稳定性测试，其潜热值为205kj/kg，循环5000次无衰减。将上述实施例制备得到的相变储能材料使用hotdisk(热常数分析仪)测试材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.54w/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为1.038w/m.k，可将上述实施例制备得到的相变储能材料应用于暖手宝、储热器等方向。

实施例5

一种相变储能材料，所述相变储能材料包括如下组分：主体相变材料(92.3g的十二水磷酸氢钠)，温度抑制剂(1g的氯化钠，3g的氯化钾，1.7g的尿素)，增稠剂(2g的气相二氧化硅)，成核剂(3g的磷酸钠，1g的硼砂)，增强导热材料(2g的泡沫铝)。

一种制备上述相变储能材料的方法，包括如下步骤：

步骤一、按照上述重量份的配比将主体相变材料加热熔融之后加入温度抑制剂，搅拌混合均匀，再加入增稠剂搅拌混合均匀，得到混合料待用；其中加热温度为75℃，搅拌速率为1000r/min；

步骤二、再将成核剂和增强导热材料加入混合料中，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用dsc(差示量热扫描仪)测试相变温度，结果显示相变温度为50℃。

对上述实施例制备得到的相变储能材料进行循环稳定性测试，其潜热值为267kj/kg，循环5000次无衰减。

将上述实施例制备得到的相变储能材料使用hotdisk(热常数分析仪)测试材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.55w/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为1.5603w/m.k，可将上述实施例制备得到的相变储能材料应用于暖手宝、储热器等方向。

综上所述，本发明通过选取适合的材料组成及配比，有效防止了相变储能材料的过冷和相分离现象，表现出良好的循环稳定性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。