[發明專利]一種碳基化學蓄熱納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410273666.4
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104194735B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 黃宏宇;漥田光宏;楊希賢;何兆紅;小林敬幸
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C09K5/16
• 分類號: C09K5/16
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

本發明提供了一種碳基化學蓄熱納米復合材料及其制備方法。以高儲能密度的氫氧化物水合物為復合化學蓄熱材料基體，將其負載于納米碳材料上組成復合化學蓄熱材料，其中納米碳材料的質量百分含量為30?60％。制備方法步驟如下：采用Hummer法獲得氧化石墨烯的水溶液，將金屬氫氧化物水合物加入到氧化石墨烯的水溶液中，得到的混合溶液在80℃的條件下冷凝回流1h。以水熱法或超聲法復合，冷凍干燥后即得到碳基化學蓄熱納米復合材料。本發明復合化學蓄熱材料解決了單一活性組分水合反應速率過慢的問題，氧化石墨烯材料的復合使得氫氧化物水合速率大幅提升，整體傳質傳熱效率顯著提高，該納米復合材料熱循環可靠性高、化學穩定性好、安全系數高。

技術領域

本發明涉及無機材料及節能技術領域，尤其涉及一種碳基化學蓄熱納米復合材料及其制備方法。

技術背景

能量儲存是解決能量供求在時間和空間匹配上矛盾的有效手段，可用于解決熱能供求失衡的矛盾，在電力的“移峰填谷”、太陽能利用、余廢熱回收、建筑采暖與節能空調領域具有廣泛的應用前景。在能源危機及環境污染日益嚴重的今天，發展這項提高能源利用效率和保護環境的應用技術愈發緊迫。

在熱能儲存的領域內，國內外傳統的研究方向是潛熱儲存,但是其材料相變時出現過冷現象、放熱循環后相分離、材料的穩定性等問題始終沒有得到有效解決。作為化學能與熱能相互轉換的核心技術，化學反應蓄熱是利用化學變化中吸、放熱量進行熱能儲存，是21世紀最為重要的儲能技術之一。與顯熱、潛熱蓄熱方式相比較而言，化學反應蓄熱在能量儲存密度上有著數量級的提高，其化學反應過程不存在材料物理相變的問題，儲能體系通過催化劑或產物分離的方法極易用于長期能量儲存。

化學蓄熱材料是化學儲能技術的核心，主要分為結晶水合物、金屬氫氧化物、金屬氫化物、金屬鹽氨合物等。相對于其它化學蓄熱材料而言，結晶水合物所具備的獨特優勢包括：反應過程安全系數高，簡單的水合與水解可逆反應即可完成蓄熱，在低溫蓄熱方面的應用前景廣闊，反應溫度通常低于150℃，結晶水合物易于通過填充或者負載的方式與多孔材料形成復合材料，從而優化其傳熱傳質性能。

然而結晶水合物低溫化學蓄熱仍然無法滿足工程應用的需要，蓄熱活性組分單體水合速率過慢，從而導致反應器整體的傳質傳熱效率低下。以LiOH單體為例，其在相對濕度60％的條件下120min轉化率僅僅為21％，此時的儲能密度較30min水解反應前大為降低，從而導致循環蓄放熱效率非常低下。專利CN1224747中把幾種固態無機鹽與水混合，能夠在低溫下作為蓄熱材料工作，該材料工作時包含了相變蓄熱、顯熱蓄熱和化學蓄熱過程，但是材料總體的儲能密度低。

納米碳材料石墨烯在諸多的潛在應用當中，用作反應活性組分或者催化劑的載體是一個研究熱點。而氧化石墨烯作為一種新型材料由于具備強親水性、高比表面積、優異的熱學以及機械性質而極為適合用作蓄熱活性組分載體。通過納米材料與蓄熱活性組分的復合，不僅能提高蓄熱組分比表面積來獲得高的反應活性，而且合適的載體所制備具有小尺寸和特定形態的結構對于傳質傳熱效率的提高具有極為重要的意義。專利CN201210019839提供一種三維石墨烯/相變儲能復合材料及其制備方法，其利用石墨烯與相變儲能材料原位復合，其中以具有三維結構的多孔石墨烯作為導熱體和復合模板，以固-液相變的有機材料作為儲能材料和填充劑，然而其始終無法克服材料物理相變的固有問題且儲能密度較低。

發明內容

針對現有技術中存在的問題與缺陷，本發明提供了一種碳基化學蓄熱納米復合材料及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明采取了以下的技術方案：

所述碳基化學蓄熱納米復合材料特征在于，以高儲能密度(儲能密度高達1440kJ/kg) 的氫氧化物水合物為復合化學蓄熱材料基體，將其負載于納米碳材料上組成復合化學蓄熱材料，其中納米碳材料(分散相尺度至少有一維小于100nm的碳材料)的質量百分含量為30-60％，其余為氫氧化物水合物。

所述氫氧化物水合物優選為LiOH·H₂O。