[發明專利]一種中高溫復合結構儲熱材料、制備方法及其用途

無效

• 申請號: 201210361007.7
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102888209A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 丁玉龍;葛志偉;葉鋒;仲俊瑜;楊軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C09K5/00
• 分類號: C09K5/00;C09K5/06;C09K5/02;C09K5/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明涉及用化學化工方法生產儲熱材料的技術領域和能源材料科學與技術領域，具體地，本發明涉及一種無機鹽相變潛熱儲熱材料、顯熱儲熱材料、導熱強化材料的復合結構儲熱材料以及復合結構儲熱材料的制備方法和應用領域。

背景技術

工業余熱的分散性和大能級跨度，以及可再生能源的間歇性等需要儲熱技術。中高溫儲熱技術是指在120～1000℃或者更高溫度范圍用儲熱材料將中高溫余熱或低品位熱量儲存起來，在需要的時候釋放，力圖解決由于時間、空間或強度上熱能供給和需求間不匹配與不均勻性所帶來的問題，以提高整個系統的熱效率而發展起來的一種技術。發展中高溫儲熱技術不僅可以提高可再生能源的利用率而且能夠有效避免能源浪費，對于太陽能熱發電、空間太陽能熱動力系統、建筑節能和工業余熱回收等應用領域都具有重要意義。

儲熱技術的核心是高性能儲熱材料及與之相關的儲熱換熱系統，其中高性能儲熱材料是目前研究的重點。儲熱材料按照儲熱方式不同可以分為顯熱儲熱材料、熱化學儲熱材料、潛熱儲熱材料（Phase?Change?Material，PCM）。顯熱儲熱材料是利用物質本身的溫度變化來進行熱量的存儲與釋放，儲熱密度低，設備體積龐大，限制了其在中高溫儲熱領域的發展；熱化學儲熱材料是利用物質的可逆吸放熱化學反應進行熱量的存儲與釋放，儲熱密度大，理論上能夠滿足中高溫儲熱領域的要求，但是由于目前熱化學儲熱技術只是基于理論分析和前期實驗研究，真正實現中高溫儲熱領域的應用仍有很多問題；潛熱儲熱材料是利用材料自身相變來進行熱量的存儲與釋放，儲熱密度高，裝置結構緊湊，且吸/放熱過程可近似等溫，易運行控制和管理，利用相變材料進行儲熱是一種高效的儲熱方式。國內外學者對相變儲熱材料的研究較多，低溫領域主要包括無機水合鹽、有機物（石蠟、脂肪酸類）等，中高溫相變儲熱材料主要包括熔鹽、金屬與合金等體系。盡管中高溫儲熱材料的研究已經取得了很多豐碩成果，但是實現其規模應用仍面臨諸多困難：

1）熔鹽相變材料儲熱密度大，溫域可調，但是導熱性不佳，使得儲熱材料的儲/釋熱速率受到限制，熔鹽液相腐蝕性較強，對儲熱設備要求高。

2）金屬及合金相變材料導熱性能好，儲熱密度大（單位體積），但是成本高，高溫時的氧化與腐蝕性較強，對設備要求苛刻。

開發復合結構儲熱材料有望解決中高溫相變儲熱材料的應用瓶頸。目前已經有專利針對中高溫相變材料應用中出現的問題提出了一些解決方案。專利CN1328107A中采用陶瓷基與無機鹽相變潛熱材料直接混合高溫燒結制備復合儲熱材料，依靠陶瓷基體燒結的多孔或者網狀結構所產生的毛細管力維持復合體的定型材料。雖然這種共混復合制備工藝簡單，操作方便，適合規模應用，但是難以平衡基體結構與相變材料物性之間的關系，基體多孔或者網狀結構的燒結溫度與相變材料的熔點相差較大，容易出現高溫燒結時相變材料損失嚴重等現象，此外復合材料的導熱性能差。專利CN1803965A，CN1357591A，CN1390911A中均采用預制體熔融浸滲工藝又稱為二級制造法制備復合儲熱材料，該方法是一種利用預制體多孔或者網狀結構與相變材料熔融浸滲制備定型儲熱材料的一種工藝。盡管該方法很好的避免了共混復合制備工藝中無機熔鹽相變材料的高溫損失，同時采用泡沫金屬作為預制體有效提高了復合體的導熱性能，但是浸滲工藝對預制體結構要求苛刻，浸滲率低，儲熱密度低，操作復雜，成本較高，不宜規模生產。專利CN101788239A中用SiC為殼體包覆相變材料制備陶瓷蓄熱球，有效緩解了無機鹽相變潛熱材料的外漏和高溫液相腐蝕現象，但是殼體的制備及封裝工藝復雜，常需手工操作，殼體內預留空間增加了熱阻，產品性能及規模應用仍需做進一步探討。專利CN102585775A公開一種高溫復合相變儲熱材料，包括無機鹽、陶瓷基質和高導熱率材料，其中，無機鹽與陶瓷基質體積比為1:5～25:1，高導熱率材料為0.0001～1g/(g無機鹽-陶瓷基質體系)。該高溫復合相變儲熱材料導熱率高，大幅度提高儲熱材料儲/釋熱速率，但是其中高溫范圍內儲熱密度不能滿足需要。

因此，針對中高溫儲熱應用領域中儲熱材料的儲熱密度不高、導熱性能差、高溫腐蝕等問題，開發一種高性能的中高溫復合結構儲熱材料及其制備方法具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種中高溫復合結構儲熱材料。所述中高溫復合結構儲熱材料包括無機鹽相變潛熱材料、顯熱儲熱材料和導熱強化材料，其中，無機鹽相變潛熱材料與顯熱儲熱材料的質量比為1:0.1～1:10，導熱強化材料為0.0001～1kg/(kg儲熱材料)。