[發(fā)明專利]一種中低溫用水合鹽/改性膨脹石墨定型相變蓄熱材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN112574718B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李儒光;方東;程曉敏;王建宇;黃鋒;萬美南;施偉利;許楊
• 申請（專利權(quán)）人: 黃岡師范學(xué)院
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 吳艷姣

本發(fā)明提供一種中低溫用水合鹽/改性膨脹石墨定型相變蓄熱材料及其制備方法。該相變儲(chǔ)熱材料由八水合氫氧化鋇，改性膨脹石墨，粘結(jié)劑組成；改性八水合氫氧化鋇與改性膨脹石墨的質(zhì)量比為80～90％：10～20％，粘結(jié)劑的質(zhì)量為改性八水合氫氧化鋇及改性膨脹石墨兩者總質(zhì)量的1％～3％。該材料的制備方法為：將改性八水合氫氧化鋇與改性膨脹石墨按照配比混合后裝入燒杯，放入真空干燥箱進(jìn)行真空熔融吸附，然后摻入粘結(jié)劑壓片成型。本發(fā)明選材合理，制備工藝先進(jìn)，可以從納米尺度生產(chǎn)出一種高效中低溫用蓄熱材料，該蓄熱復(fù)合材料的應(yīng)用使得蓄熱、放熱效率等在內(nèi)的綜合性能得到大幅度提高，可用于采暖、工業(yè)廢熱利用、電子器件散熱等行業(yè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域，特別涉及一種中低溫用水合鹽/改性膨脹石墨定型相變蓄熱材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，能源的需求量和消耗日益增加。如何有效利用能源，提高能源的利用效率成為人們越來越關(guān)注的問題。儲(chǔ)熱技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)的一種簡單有效方式，在當(dāng)前的儲(chǔ)熱技術(shù)中，相變儲(chǔ)熱技術(shù)是相對廉價(jià)的一種，廣泛應(yīng)用于太陽能熱儲(chǔ)存、建筑節(jié)能、余熱回收以及電力移峰填谷等領(lǐng)域。相變儲(chǔ)熱材料是實(shí)現(xiàn)熱量儲(chǔ)存的載體，儲(chǔ)熱材料的性能直接影響了儲(chǔ)熱系統(tǒng)的性能以及熱利用效率。目前實(shí)際應(yīng)用的儲(chǔ)熱材料一般要具有較高的儲(chǔ)熱密度；儲(chǔ)熱材料與熱交換介質(zhì)之間有良好的導(dǎo)熱性；儲(chǔ)熱材料與封裝容器間有良好的相容性；儲(chǔ)熱性能穩(wěn)定；價(jià)格低廉等。

根據(jù)儲(chǔ)熱材料工作溫度的不同，一般將其分為低溫、中溫及高溫儲(chǔ)熱材料。中低溫相變儲(chǔ)熱材料主要為石蠟、有機(jī)酸、水合鹽，石蠟的缺點(diǎn)為熱導(dǎo)率和密度較低，影響換熱效率和儲(chǔ)熱密度；有機(jī)酸的缺點(diǎn)為在相變過程中易發(fā)生分解和揮發(fā)，性能不穩(wěn)定，成本也較高；無機(jī)水合鹽具有熔點(diǎn)低而且溫度、儲(chǔ)熱密度高、較高的相變潛熱、相對較大的熱導(dǎo)率(與石蠟相比)等，是一種重要的中低溫相變儲(chǔ)熱材料。水合鹽的缺點(diǎn)在于熔化-凝固過程中存在過冷和相分離現(xiàn)象，過冷是指在凝固過程中溫度降至材料凝固點(diǎn)時(shí)，水合鹽不發(fā)生凝固，潛熱無法釋放出來；相分離是指水合鹽在使用過程中有析出現(xiàn)象，過冷和相分離會(huì)嚴(yán)重影響水合鹽相變材料的儲(chǔ)熱性能。此外，雖然水合鹽的熱導(dǎo)率高于石蠟，但總的來說還是偏低(0.5-1.0W/(m·K))，因此要對其改性以提高熱導(dǎo)率。

針對水合鹽相變材料主要存在的上述問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一定的研究。針對水合鹽的過冷現(xiàn)象，一般采用加入形核劑的方法。文獻(xiàn)1(段洋.混凝土儲(chǔ)熱材料與硝酸鹽的相容性研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2012.)從同型晶體的角度挑選了4種晶體NaCl、NaBr、Na₂HPO₄·2H₂O和Na₃PO₄·0.5H₂O作為成核劑抑制水合鹽的過冷，揭示了Na原子在晶體中的排列與成核作用的關(guān)系。文獻(xiàn)2(何百靈.太陽能熱電站用混凝土儲(chǔ)熱材料的制備與性能[D].武漢:武漢理工大學(xué),2012.)研究表明：加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的Na₄P₂O₇·10H₂O、2.5％Na₂B₄O₇·10H₂O、1％Na₂SiO₃·9H₂O、2％KF·2H₂O成核劑，能夠有效抑制水合鹽的過冷現(xiàn)象。但是由于傳統(tǒng)的形核劑均為水合鹽，其自身也存在過冷和相分離，長期使用穩(wěn)定性難以保證。對于相分離現(xiàn)象，目前主要采用添加增稠劑法。文獻(xiàn)3(李圓圓.太陽能熱發(fā)電用儲(chǔ)熱混凝土的制備與儲(chǔ)熱單元模擬分析[D].武漢:武漢理工大學(xué),2008.)研究了羧甲基纖維素(CMC)、淀粉、膨潤土等幾種增稠劑的效果，結(jié)果表明20％的淀粉、30％的CMC、50％的膨潤土增稠效果良好，其中以CMC的增稠效果最好。目前對于增稠劑的選擇主要是以高分子聚合物為主，高分子聚合物的過量加入會(huì)導(dǎo)致水合鹽的相變潛熱值降低。