[發明專利]一種高溫金屬相變儲熱材料及制備方法

有效

• 申請號: 201310233659.7
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103273062A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 李建強;張國才
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;C09K5/06;C25D5/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于相變儲熱材料技術領域，特別是涉及一種高溫金屬相變儲熱材料及制備方法，基于銅基金屬相變材料和鉻-鎳外殼封裝的核殼高溫金屬相變儲熱材料及制備方法。

背景技術

相變儲熱技術能夠有效解決能源需求和供應在時間和空間上的不匹配，是一種能夠提高能源利用效率和保護環境非常有前景的技術，能夠廣泛應用于在太陽能熱利用、電力削峰填谷、工業余熱回收、建筑保溫制冷以及民用和軍事等領域具有廣闊的應用前景。

相變儲熱材料是相變儲熱技術的核心，它主要利用在其物相變化過程中，可從環境中吸收熱（冷）量或向環境中放出熱量，從而達到能量儲存和釋放及調節能量需求和供給失配的目的。其中，固-液相變儲熱具有儲熱密度大、儲熱過程近似恒溫、體積變化小、過程易控制等優點。根據材料的化學成分劃分，固-液相變材料一般可分為無機相變材料、有機相變材料、復合相變材料和金屬基相變材料。無機相變材料主要有結晶水合鹽、熔鹽等；典型的有機相變材料有石蠟類、脂酸類等；復合相變材料是利用網狀物質為基質以維持材料的形狀、力學性能，而作為相變材料的物質嵌在網狀結構基質中，通過相變吸收或釋放熱量；而金屬基相變材料是以金屬及合金為主的相變材料。

無機水合鹽類相變材料易出現過冷和相分離現象，導致材料析出，制約其實際應用；熔鹽類相變材料則有熱導率低、熔化時體積變化大和過冷度大等固有缺點。有機類相變材料的導熱系數則更低，使用過程中易發生泄露。復合相變材料制作工藝復雜，目前還處在實驗室研究階段。而金屬基相變材料由于具有儲能密度大、熔化時體積變化小、熱穩定性好、導熱系數高、蒸汽壓力低、相變過冷度小、相偏析小、性價比良好、蒸汽壓力低等優點。然而金屬基相變材料的液相存在嚴重的高溫腐蝕問題，很難對其有效封裝，極大的束縛了其在實際中的應用。因此對金屬基相變材料實現有效封裝，是實現其實際應用的關鍵問題所在。

發明內容

本發明的目的在于提供一種核殼結構的高溫金屬相變儲熱材料及制備方法，克服金屬基相變材料難以進行有效封裝的不足，解決其在太陽能熱發電和工業余熱回收領域等相變儲熱技術領域難以實際應用的難題。

本發明的高溫金屬相變儲熱材料為規則的球形，核殼結構(如圖1所示)，核為銅基金屬相變材料，直徑約在0.1～6mm之間；外殼由內到外為鉻-鎳雙層結構，厚度均勻，厚度約為10～4000μm。

本發明的高溫金屬相變儲熱材料的制備方法，將銅基金屬相變材料進行除油、酸洗處理后，放入滾鍍硬鉻裝置中鍍鉻，到達規定時間取出，進行清洗、酸洗后，放入滾鍍鎳裝置中鍍鎳，到達規定時間取出，清洗、干燥。

本發明的除油和酸洗處理具體步驟為：

（1）除油：將工件放入70～80℃除油液攪拌10～60s，然后取出用蒸餾水沖洗；除油液配方為：磷酸三鈉40～60g/L，碳酸鈉35～40g/L，氫氧化鈉5～10g/L，OP乳化劑2～3g/L；

（2）酸洗：室溫下，用7～8g/L硫酸浸蝕10-30s；最后用蒸餾水清洗，直至工件表面稀硫酸被清洗干凈為止。

（3）給工件滾鍍硬鉻：將工件放入鍍鉻液，電流密度為10～80A/dm²，振蕩周期為5～60分鐘，鍍鉻液溫度為30～80℃；鍍鉻液配方：鉻酸酐（CrO₃）100～500g/L、硫酸(H₂SO₄)0.2～15g/L、氟硅酸（H₂SiF₆）或氟硅酸鈉（Na₂SiF₆）或者氟硅酸鉀（K₂SiF₆）0.5～10g/L。

（4）鍍鉻后清洗和酸洗：先用蒸餾水將其表面的鍍鉻液清洗干凈；然后在室溫下，用體積比1:1～1:4酸液浸蝕10～30s，然后用蒸餾水將其表面酸液清洗干凈；

（5）給工件滾鍍鎳為：將工件放入鍍鎳液，電流密度為0.2～0.5A/dm2，滾筒轉速為6～20r/min，鍍鎳溶液溫度為30～80℃；鍍鎳溶液配方：硫酸鎳(NiSO₄·7H₂O)150～300g/L、氯化鎳(NiCl₂·6H₂O)30～100g/L、硼酸（H₃BO₃）30～100g/L、光亮劑0.2～3.0mL/L、潤濕劑1.0～5.0mL/L。