[發(fā)明專利]一種石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811223926.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN109321211B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林起浪;張夏蘭;羅慧君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K5/06
• 分類號(hào): C09K5/06;C01B32/205
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料及其制備方法，其是通過(guò)采用價(jià)格低廉的碳前驅(qū)體與石墨化催化劑、造孔劑為原料，經(jīng)球磨混合、炭化等工藝制備石墨化分級(jí)多孔碳；再以所制得的石墨化分級(jí)多孔碳作為支撐材料，與相變材料進(jìn)行復(fù)合得到所述石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。本發(fā)明所制得的多孔碳材料具有三維互通分級(jí)多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及高石墨化程度，不僅有利于相變材料的定型封裝，同時(shí)可提供良好的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)通道，增強(qiáng)傳熱性能；且采用含金屬鹽的添加劑來(lái)制備多孔碳材料，在制備過(guò)程中可利用碳熱還原反應(yīng)還原出部分金屬物質(zhì)，以進(jìn)一步增加材料的導(dǎo)熱性能，從而得到具有高導(dǎo)熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性好及儲(chǔ)熱效果的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳素材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在工業(yè)高速發(fā)展的當(dāng)代，能源已經(jīng)成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。而當(dāng)今能源結(jié)構(gòu)仍以化石燃料等不可再生能源為主，且由于儲(chǔ)量有限及過(guò)度開發(fā)等問(wèn)題，使得能源枯竭和環(huán)境污染已然成為制約社會(huì)發(fā)展的重要因素，為此，尋找開發(fā)清潔高效的可再生新能源及提高能源的利用率已成為當(dāng)前的迫切任務(wù)。相變材料價(jià)格低廉且具有高能量密度，其在相變過(guò)程中可吸收或釋放大量的熱能，故可較好地解決能源短缺及能量供需失配的問(wèn)題，從而提高能源的利用率，這使其成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，并在空調(diào)節(jié)能、建筑材料、太陽(yáng)熱能利用、航天航空和電子設(shè)備散熱等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的相變材料主要分為無(wú)機(jī)相變材料和有機(jī)相變材料，其中無(wú)機(jī)相變材料具有導(dǎo)熱系數(shù)高、儲(chǔ)能密度大等優(yōu)勢(shì)，但存在腐蝕性大、過(guò)冷度大及易于相分離等不足；而有機(jī)相變材料雖具有價(jià)格低廉、化學(xué)性能穩(wěn)定、腐蝕性小、基本無(wú)過(guò)冷及相分離現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，但其存在導(dǎo)熱系數(shù)低及易于泄露等缺點(diǎn)，這在一定程度上限制了他們的直接應(yīng)用。因此，為了克服單一無(wú)機(jī)或有機(jī)相變材料的不足，將相變材料摻入支撐基底材料中，對(duì)其進(jìn)行封裝得到復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，可利用它們之間的協(xié)同效應(yīng)，得到優(yōu)于單一相變材料的導(dǎo)熱性能及化學(xué)穩(wěn)定性能，從而進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

目前采用的封裝材料主要有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料，其中無(wú)機(jī)材料（如蒙脫土、膨脹蛭石、碳材料），特別是三維多孔碳材料具有優(yōu)于有機(jī)材料的導(dǎo)熱性能及熱穩(wěn)定性能，將其引入相變材料中，可大大改善材料的導(dǎo)熱系數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性。但大部分的三維多孔碳存在大量的大孔結(jié)構(gòu)或微孔結(jié)構(gòu)，大孔結(jié)構(gòu)對(duì)相變材料的吸附效果較差，而微孔結(jié)構(gòu)則不利于相變材料的分子運(yùn)動(dòng)，兩者均在一定程度上降低了其相變潛熱，儲(chǔ)能效果較差。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料及其制備方法，其具有高導(dǎo)熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性好及儲(chǔ)熱效果好的特點(diǎn)，且其制備方法工藝簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)境友好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其制備方法包括如下步驟：

（1）石墨化分級(jí)多孔碳的制備：將碳前驅(qū)體、石墨化催化劑和造孔劑混合，并加入混合物重量1~10倍的溶劑，100r/min~600r/min球磨0.5h～6h，待球磨均勻后放入干燥箱中，60～100℃干燥2~12h以去除溶劑，待冷卻至室溫后再放入氣氛爐中，在氮?dú)饣驓鍤獾谋Ｗo(hù)性氣氛中，以1℃/min~10℃/min的速度升溫至500℃~1100℃，保溫3h~6h，得石墨化分級(jí)多孔碳，冷卻至室溫備用；

（2）石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備：將步驟（1）所得石墨化分級(jí)多孔碳于無(wú)水乙醇中超聲分散1h，再加入相變材料，并加熱至相變材料的熔點(diǎn)之上，攪拌1h～3h，然后于80℃干燥至恒重，冷卻至室溫后取出，即得所述石墨化分級(jí)多孔碳復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。

步驟（1）中所用碳前驅(qū)體、石墨化催化劑和造孔劑的質(zhì)量比為1:(1~10):(1~10)。

其中，所述碳前驅(qū)體為煤瀝青、石油瀝青、天然瀝青、中間相瀝青、木瀝青、木質(zhì)素、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、糠醛樹脂、糠醇樹脂、呋喃樹脂中的任意一種。