一种固-固相变储热材料及制备方法和应用

本申请涉及相变材料领域，特别涉及一种固-固相变储热材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、在全球经济快速扩张的背景下，人类面临着双重挑战：对资源的需求飙升和能源短缺，这两者均加剧了环境污染。所以，如何实现资源的循环利用和能源的清洁高效利用是实现可持续社会经济发展的关键问题。

2、作为示例性潜热存储材料，相变材料具有通过相变存储和释放热能的能力，从而调节温度。这些材料表现出的相变可分为四种类型：固体-气体、液体-气体、固体-固体和固体-液体。然而，从液体到气体以及从固体到气体的相变会有大量气体产生，导致显著的体积变化和气体逸出，从而削弱了它们的适用性。固体-固体相变材料因其体积变化最小、储热密度提高、过冷度降低和低毒性而逐渐受到研究关注，但固体-固体相变材料的种类有限。有机固液相变材料目前面临两个重大障碍：1)固液相变材料不能保持原有的形状，在应用过程中存在缺陷；2)若结合刚性结构，如支撑框架，用于制造固体-固体相变材料，导致相变焓显著下降，降低了其储能密度，并影响了其实用性。因此，为了更广泛地应用相变材料，直接有效地设计和合成具有较高相变焓的形态稳定的相变材料至关重要。

技术实现思路

1、本申请为了解决上述技术问题，提供一种固-固相变储热材料及制备方法和应用。

2、第一方面，本申请提供了一种固-固相变储热材料的制备方法，是采用以下技术方案得以实现的。

3、一种固-固相变储热材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.将相变材料基质、交联剂、引发剂溶于溶剂中，在60-150℃下持续反应2-24h；所述相变材料基质和交联剂的质量比为100:(10-30)；

5、s2.将步骤s1所得产物放入冰水中浸泡10-20h，室温干燥后得到具有焓的支撑材料；

6、s3.将步骤s2所得支撑材料浸泡于35-75℃的固液相变材料中，10-50min后取出得到自支撑相变凝胶。

7、本发明提供了另一种更为简便的固-固相变储热材料的制备方法，具体如下：

8、一种固-固相变储热材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将相变材料基质、交联剂、引发剂溶于35-75℃的固液相变材料中，在60-150℃下持续反应2-24h，得到自支撑相变凝胶；所述相变材料基质和交联剂的质量比为100:(10-30)；相变材料基质与固液相变材料的质量体积比为0.2-0.5g/ml。

10、进一步的，所述交联剂选用2-丙烯酸-1,6-己烷二基酯、2-丙烯酸-1,14-十四烷二基酯、2-丙烯酸-1,16-十六烷二基酯中的一种或多种的组合。

11、进一步的，所述引发剂选用过氧化苯甲酰和偶氮二异丁氰中的一种或两种；所述引发剂的添加量与相变材料基质摩尔量之比为0.1～20.0mol％。

12、进一步的，所述固液相变材料选用正十六烷、正十八烷、正二十烷、二十二烷、分子量800以上的聚乙二醇、石蜡中的一种或者多种。

13、进一步的，所述相变材料基质选用丙烯酸十八烷基酯或丙烯酸十六烷基酯。

14、进一步的，步骤s1中，溶剂选用n,n二甲基乙酰胺、n,n二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或者多种组合。

15、第二方面，本申请提供了一种固-固相变储热材料，是采用以下技术方案得以实现的。

16、一种上述制备方法制备得到的固-固相变储热材料。

17、第三方面，本申请提供了一种固-固相变储热材料的用途，是采用以下技术方案得以实现的。

18、一种上述固-固相变储热材料在维持太阳能电池光电转换效率中的应用。

19、本申请具有以下有益效果。

20、(1)本发明制备的支撑材料具有热焓特性，有效地缓解了焓的降低，大大提高了凝胶焓的性能；

21、(2)本发明制备得到的自支撑相变凝胶能够提升太阳能电池板的光电效率：由于温度对太阳能电池板光电转换效率很大，温度越高太阳能电池板光电转换效率越低。自支撑相变凝胶包覆的太阳能电池板可以在一定时间内保持温度恒定，从而提升太阳能电池板的工作效率；

22、(3)本发明通过固液相分离制备出具有胞状孔结构的自支撑材料，可直接通过室温干燥脱除溶剂，无需常规的冷冻干燥，更为节能；

23、(4)本发明采用固液相变材料作为溶剂，制备自支撑相变凝胶，该相变凝胶可通过“一步法”制备，工艺简单，绕过了溶剂提取和吸附阶段，为大规模生产高焓、形状稳定的相变材料提供了一种简单有效的方法。

技术特征：

1.一种固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的一种固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂选用2-丙烯酸-1,6-己烷二基酯、2-丙烯酸-1,14-十四烷二基酯、2-丙烯酸-1,16-十六烷二基酯中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1或2所述的一种固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于：所述引发剂选用过氧化苯甲酰和偶氮二异丁氰中的一种或两种；所述引发剂的添加量与相变材料基质摩尔量之比为0.1～20.0mol％。

5.根据权利要求1或2所述的一种固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于：所述固液相变材料选用正十六烷、正十八烷、正二十烷、二十二烷、分子量800以上的聚乙二醇、石蜡中的一种或者多种。

6.根据权利要求1或2所述的一种固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于：所述相变材料基质选用丙烯酸十八烷基酯或丙烯酸十六烷基酯。

7.根据权利要求1所述的一种固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，溶剂选用n,n二甲基乙酰胺、n,n二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或者多种组合。

8.一种权利要求1-7任一所述制备方法制备得到的固-固相变储热材料。

9.一种权利要求8所述固-固相变储热材料在维持太阳能电池光电转换效率中的应用。

技术总结
本申请公开了一种固‑固相变储热材料及制备方法和应用，属于相变材料领域。本发明通过交联聚合方法形成相变材料基质的三维网络结构，利用这种自支撑相变气凝胶作为支架，可以通过吸附固液相变材料来制备稳定的自支撑相变凝胶。本申请所用的支撑材料具有热焓特性，可有效地缓解焓的下降，大大提高了凝胶的焓性能。另外，本发明通过使用固液相变材料作为溶剂，可一步法制备自支撑相变凝胶，该方法简化了生产程序，绕过了不必要的溶剂提取和吸附阶段，为大规模生产高焓、形状稳定的相变材料提供了一种简单有效的方法。

技术研发人员：郭生伟,谭磊,钱勇强,路旭阳,王固霞,李丹,闫骏
受保护的技术使用者：北方民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22