氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料及其制备方法和应用

本发明属于复合相变材料，具体涉及一种氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、相变储能材料是利用材料相变时的潜热进行热能存储和释放的功能材料，在建筑保温，新能源消纳，电力调峰等领域有广阔的应用前景。为解决相变材料加热慢而不均匀的问题，之前已有采用石墨烯掺杂的方式，改善相变材料导热，且使之能够通过微波加热的方式快速加热。

2、目前采用的装置是将石墨烯作为改性剂混合到相变材料中，主要存在以下问题：

3、1)复合材料储热后发生相变成为液态，易泄露，需采用外包装对其进行封装，安全性差，一旦外包装破坏则材料可能进入邻近装置中。

4、2)需使用较多石墨烯才能够明显改善材料导热性能，明显提高了复合材料的制备成本，不利于其实际应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料及其制备方法和应用，用于解决相变材料易于液化泄露，加热慢且温度分布不均匀的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将相变材料与石墨烯粉体混合，加热并进行磁力搅拌至混合均匀得到液态石墨烯石蜡复合材料；

5、s2、将六方氮化硼粉体和无水乙醇混合并超声处理，得到分散液；

6、s3、将骨架材料浸渍入步骤s2得到的分散液中，浸渍充分后烘干，得到氮化硼改性骨架材料；

7、s4、将步骤s3得到的氮化硼改性骨架材料在100～120℃充分浸润在步骤s1得到的液态石墨烯石蜡复合材料中，取出后经热压处理制得氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料。

8、具体的，步骤s1中，石墨烯与相变材料的质量比为1：(0.2％～1％)。

9、具体的，石墨烯粉体包括膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、三维石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和气相沉积石墨烯中的至少一种；相变材料为石蜡、脂肪酸类、多元醇类和结晶水合盐类中的一种或多种。

10、具体的，步骤s1中，加热温度为80～120℃，磁力搅拌的转速为200～500rpm。

11、具体的，步骤s2中，六方氮化硼与无水乙醇的配比为6～16g/l，超声处理的时间为20～60min。

12、具体的，步骤s3中，烘干时间为1～4h，烘干温度为60～100℃。

13、具体的，步骤s4中，氮化硼改性的骨架材料与石墨烯石蜡复合材料的质量比为1：(4～8)，热压处理的温度为100℃～120℃，热压压力为600～1500pa。

14、进一步的，骨架材料为陶瓷纤维棉、碳纤维棉、玻璃纤维棉、碳化植物纤维棉中的一种或多种。

15、本发明的另一技术方案是，氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料。

16、本发明的另一技术方案是，氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料在电池保温热管理中的应用。

17、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

18、氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，采用陶瓷纤维棉骨架固定石墨烯基相变吸波储能材料，使复合相变储能材料在达到相变温度以上液化储能后不泄露，提高了相变材料的安全性和稳定性；复合材料采用微波加热法，充分利用微波的穿透性，升温快速而均匀；复合材料采用氮化硼改性，提高复合材料导热能力，克服了骨架材料导热性差的问题，降低了石墨烯的使用量和材料的制造成本，使材料升温加热均匀，能够充分利用相变材料的潜热。

19、进一步的，石墨烯用量少，使最终复合材料价格便宜，性价比高。

20、进一步的，采用少层石墨烯粉体，使石墨烯超声后得以在相变材料中均匀分布，改善吸波性能。相变材料采用石蜡，价格便宜易于获得，相变焓值大，储能性能优良，且其相变温度与固态电池的最佳工作温度相近，便于应用。

21、进一步的，复合材料加热后变得柔韧，可加工性好，便于制成应用所需形状，且可以二次加工，不会因热胀冷缩导致材料断裂，具有加热自修复性能。

22、进一步的，制备原料陶瓷纤维棉、六方氮化硼粉体、切片石蜡和制备过程中所需的无水乙醇均为成本低廉的试剂，便于获得，使最终复合材料价格便宜，性价比高。

23、进一步的，在60～100℃的温度下烘干效率高，在较短烘干时间1～4h内即可完成，且烘干温度条件易于获得，可用多种方式实现。

24、进一步的，氮化硼改性的骨架材料与石墨烯石蜡复合材料的质量比为1：(4～8)，热压处理的温度为100℃～120℃，热压压力为600～1500pa，骨架材料固定了尽可能多的石墨烯复合材料而不会在热压时过多漏出，提高了复合材料的储热能力。通过热压确定了复合材料形态，该热压温度较低，压力较小，易于实现。

25、进一步的，骨架材料提高了复合相变材料的热稳定临界温度，使材料具有良好的稳定性。

26、氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料，结合复合材料防泄漏的特点，考虑到聚氧化乙烯(peo)基固态电池工作温度的要求，微波快速加热复合材料可以提供适合固态电池工作的环境，同时也可以满足在低温条件下快速提供固态电池高于常温工作环境的要求。

27、综上所述，本发明综合了微波加热速度快、穿透性强的优点，相变储能容量大、不易发生相分离的优点和固态储能材料高效性的优点，利用成本较低的原料，绿色环保地制备了多用途的固态复合吸波相变储能材料，储能迅速，容量大，安全性好，是一种有广阔应用前景的材料。

28、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，步骤s1中，石墨烯与相变材料的质量比为1：(0.2％～1％)。

3.根据权利要求1所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，石墨烯粉体包括膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、三维石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和气相沉积石墨烯中的至少一种；相变材料为石蜡、脂肪酸类、多元醇类和结晶水合盐类中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，步骤s1中，加热温度为80～120℃，磁力搅拌的转速为200～500rpm。

5.根据权利要求1所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，步骤s2中，六方氮化硼与无水乙醇的配比为6～16g/l，超声处理的时间为20～60min。

6.根据权利要求1所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，步骤s3中，烘干时间为1～4h，烘干温度为60～100℃。

7.根据权利要求1所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，步骤s4中，氮化硼改性的骨架材料与石墨烯石蜡复合材料的质量比为1：(4～8)，热压处理的温度为100℃～120℃，热压压力为600～1500pa。

8.根据权利要求7所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法，其特征在于，骨架材料为陶瓷纤维棉、碳纤维棉、玻璃纤维棉、碳化植物纤维棉中的一种或多种。

9.氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料，根据权利要求1所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料制备方法制备而成。

10.根据权利要求9所述的氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料在电池保温热管理中的应用。

技术总结
本发明公开了一种氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料及其制备方法和应用，将相变材料与石墨烯粉体混合，加热并进行磁力搅拌至混合均匀得到液态石墨烯石蜡复合材料；将六方氮化硼粉体和无水乙醇混合并超声处理，得到分散液；将骨架材料浸渍入分散液中，浸渍充分后烘干，得到氮化硼改性骨架材料；将氮化硼改性骨架材料在100～120℃充分浸润在液态石墨烯石蜡复合材料中，取出后经热压处理制得氮化硼改性骨架固定石墨烯复合相变材料。本发明制备了多用途的固态复合吸波相变储能材料，可用于多种储热保温应用，特别是为聚氧化乙烯基固态电池提供启动和高效运行所需的温度，储能迅速，容量大，安全性好，是一种有广阔应用前景的材料。

技术研发人员：韩晓刚,殷浩森,杨超,苏毅宁,夏立南,沈飞
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15