[發(fā)明專利]一種利用活性炭防止熔鹽相變儲(chǔ)熱材料流失的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010024713.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN111205827A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝俊杰;張靖岑;盧昀坤;任中凱;郭志猛;陳存廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K5/06
• 分類號(hào): C09K5/06
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發(fā)明公開了一種利用活性炭防止熔鹽相變儲(chǔ)熱材料流失的方法，屬于相變儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：(1)制備熔鹽顆粒；(2)活性炭吸附熔鹽相變材料；(3)對(duì)試樣進(jìn)行混合壓制燒結(jié)。本發(fā)明采用活性炭吸附熔鹽相變材料，基于穩(wěn)定相變儲(chǔ)熱材料制備方法，利用壓制與造粒法制備熔鹽大顆粒，并采用活性炭對(duì)熔鹽大顆粒進(jìn)行吸附，最后將吸附熔鹽相變材料的活性炭粉體與粘結(jié)劑混合壓制燒結(jié)，即得復(fù)合相變儲(chǔ)熱體。該制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉且適宜大規(guī)模生產(chǎn)，不但解決了熔鹽相變材料在使用過程中易流失問題，而且使用周期長、力學(xué)性能優(yōu)良，對(duì)擴(kuò)大相變儲(chǔ)熱材料的使用具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域，尤其涉及一種利用活性炭防止熔鹽相變儲(chǔ)熱材料流失的方法。

背景技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是能源轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)中重要的一個(gè)組成部分，選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)路線對(duì)于提高可再生能源利用效率、增強(qiáng)火力發(fā)電調(diào)峰能力以及緩解電網(wǎng)調(diào)度都有著重要的意義，其規(guī)?；瘧?yīng)用將對(duì)能源轉(zhuǎn)型、電網(wǎng)格局、電源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。儲(chǔ)熱材料是儲(chǔ)熱技術(shù)的核心與關(guān)鍵，其通過把在一段時(shí)間或一定空間暫時(shí)不用的多余能量經(jīng)某種途徑收集并存儲(chǔ)起來，在能量需求高峰期再將其釋放出來，優(yōu)秀的儲(chǔ)熱材料具有儲(chǔ)熱密度高、導(dǎo)熱系數(shù)大以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。其中相變儲(chǔ)熱材料主要通過兩相轉(zhuǎn)變來儲(chǔ)存或釋放大量熱能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在電采暖中“削峰填谷”，使電能得到充分利用。

熔鹽相變材料儲(chǔ)熱密度高，成本低，是儲(chǔ)能材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但現(xiàn)如今熔鹽作為相變儲(chǔ)熱材料在儲(chǔ)熱體系中仍存在許多問題，比如在使用過程中熔鹽流失，儲(chǔ)熱體力學(xué)性能不足等。這些問題嚴(yán)重影響到了儲(chǔ)熱體的應(yīng)用周期和使用范圍，急需解決。

國內(nèi)外研究人員主要采取整體封裝的方法解決此問題，Ryo Fukahori(FukahoriR,Nomura T,Zhu C,Sheng N,Okinaka N,Akiyama T.Macro-encapsulation ofmetallicphase change material using cylindrical-type ceramic containers forhightemperature thermal energy storage[J].Appl Energy 2016；170:324-8)采用陶瓷杯封裝熔鹽，將熔鹽放置進(jìn)陶瓷杯體中在外層加蓋封裝，這種方法可以隔絕濕度環(huán)境和提供支撐的結(jié)構(gòu)，杯體的空間可以為熔鹽留出膨脹空間解決了熔鹽膨脹系數(shù)大的問題，但是這種方式制備繁瑣，成本高；陶瓷杯與杯蓋之間的粘結(jié)隨循環(huán)次數(shù)的增加會(huì)出現(xiàn)脫落老化現(xiàn)象；Pau Gimenez(Gimenez P,Fereres S.Glass encapsulated phase changematerials for high temperature thermal energy storage[J].Renewable Energy,2017,107:497-507.)采取將NaNO₃注入玻璃球體從而起到封裝和支撐的作用，雖然這種辦法可以采用一體化的方式完全解決熔鹽的吸濕性問題并且在常溫環(huán)境提供支撐結(jié)構(gòu)，但是工藝?yán)щy，并且在高溫下，玻璃存在軟化現(xiàn)象，而軟化后的玻璃無法承受熔鹽的重量進(jìn)而導(dǎo)致熔鹽從底部泄露的問題，不但無法起到結(jié)構(gòu)支撐作用，而且會(huì)使整個(gè)材料失效；TEAP與EPS Ltd(Pendyala S.Macroencapsulation of Phase Change Materials for ThermalEnergy Storage[J].DissertationsTheses-Gradworks,2012.)分別利用聚合物和金屬材料將熔鹽封裝進(jìn)球體中，可以使熔鹽與外界濕度環(huán)境隔離并且提供一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形狀，但是這種方法不單使制備成本加大和工藝復(fù)雜，而且聚合物的較低的使用溫度范圍、金屬材料的高導(dǎo)電性嚴(yán)重限制了在電采暖的應(yīng)用環(huán)境；Bhardwaj(Bhardwaj A.MetallicEncapsulation for High Temperature(500℃)Thermal Energy Storage Applications[J].2015.)采用碳鋼與鎳對(duì)NaCl-KCl共晶鹽進(jìn)行封裝造粒，將碳素鋼筒涂抹鎳，將熔鹽放置在碳素鋼筒里，這種方法制備的材料具有良好的導(dǎo)熱性與熱穩(wěn)定性，在580℃到680℃之間可以經(jīng)受1700次的熱循環(huán)，制作工藝簡(jiǎn)單，但是這種方式中模具的制備成本高，碳鋼在濕度環(huán)境下很容易生銹，雖然阻止熔鹽吸濕，但是容器生銹依舊會(huì)導(dǎo)致失效，并且碳鋼與鎳也具有導(dǎo)電性，在電采暖環(huán)境下易導(dǎo)致短路；Noemí Arconada(Arconada N,Arribas L,LucioB,et al.Macroencapsulation of sodium chloride as phase change materials forthermal energy storage[J].Solar Energy,2018,167:1–9.)使用TiO₂與SiO₂作為封裝材料，使用溶膠凝膠法對(duì)NaCl熔鹽柱體進(jìn)行包覆制取微膠囊顆粒，此方法可以在濕度環(huán)境下使熔鹽與外界環(huán)境隔離，避免吸濕問題的產(chǎn)生，但是這種方法制備工藝復(fù)雜，成本高，工業(yè)化生產(chǎn)較難實(shí)現(xiàn)，而且SiO₂的導(dǎo)熱較差，所以雖然解決了吸濕性問題，但是降低了其儲(chǔ)熱性能；Li et al.(Li J,Lu W,Luo Z,et al.Synthesis and thermal properties of novelsodium nitrate microcapsules for high-temperature thermal energy storage[J].Solar Energy MaterialsSolar Cells,2017,159:440-446.)采用聚硅氮烷利用超聲微波的方式對(duì)NaNO₃進(jìn)行微膠囊封裝，這種方法可以制備出比較均勻的顆粒，并且熔點(diǎn)與儲(chǔ)熱能力無明顯變化，但是不但制備工藝復(fù)雜，而且封裝材料聚硅氮烷的熔點(diǎn)低，不適用中高溫熔鹽相變儲(chǔ)熱材料；Leng G等(Leng G,Qiao G,Jiang Z,et al.Micro encapsulatedform-stable phase change materials for high temperature thermal energystorage[J].Applied Energy,2018,217:212-220.)采用硅藻土對(duì)NaCl-KCl共晶鹽顆粒進(jìn)行封裝，利用噴鍍硅藻土的方法將熔鹽顆粒封裝，并且使用硅藻土作為基體材料，為磚體提供結(jié)構(gòu)支撐，這種方法是目前較為先進(jìn)的方法，不但可以降低熔鹽與濕度環(huán)境的接觸面積，而且可以為塊體提供一個(gè)結(jié)構(gòu)基體材料，但是此方法雖然降低了熔鹽與空氣的接觸面積，卻因磚體的燒結(jié)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅藻土的燒結(jié)溫度，所以經(jīng)過燒結(jié)后的塊體內(nèi)部不致密，所以水分依舊可以穿過塊體中的縫隙與熔鹽接觸。