[發明專利]一種基于石墨烯復合骨架結構的儲熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010131823.3
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111253913B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 楊雷
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于儲熱材料技術領域，具體為一種基于石墨烯復合骨架結構的儲熱材料及其制備方法。本發明儲熱材料包括：有機聚合物基體，無機材料納米顆粒，磁性材料顆粒，復合聚集體儲熱單元和三維網絡狀石墨烯基復合骨架結構等；有機聚合物基體包裹在磁性材料顆粒外層并與無機材料納米顆粒相連接形成復合聚集體儲熱單元；三維網絡狀石墨烯基復合骨架結構作為承載復合聚集體儲熱單元的載體，質量輕、牢固度好并且界面導熱效率高。本發明使用低成本的原料以及簡單的工藝路線，形成穩定的內部導熱通道，提高儲熱放熱效率，具有潛在的產業化應用前景。

技術領域

本發明屬于儲熱材料技術領域，具體涉及一種基于石墨烯復合骨架結構的儲熱材料及其制備方法。

背景技術

一般來說，儲熱材料基本分為有機相變材料和無機相變材料，通過摻雜或者多種復合得到固體片狀，或膠囊狀納米材料或者其他具有固定形態的復合物。關于儲熱材料的研究，主要就是提高儲熱材料的導熱性和存熱能力，降低成本和簡化制備方法。通過儲熱溫度區間的不同，有高溫儲熱和中低溫儲熱。高溫儲熱一般都是工業應用，如利用氧化鋯微球等高熱焓能力的材料進行儲熱材料和裝置的制備。通過調研發現，現有儲熱材料大多都是基于石蠟、硬脂酸、高嶺土、氫氧化鈣、無機鹽、納米二氧化硅、泡沫碳和石墨烯等等復合相變材料作為儲熱的介質。近些年的相變微膠囊儲熱材料制備技術發展迅速，根據包覆的壁材不同，可分為有機壁材和無機壁材。有機壁材絕大多數有可燃性，在所包覆的相變材料中殘留著大量的可揮發有機物，實際應用中存在安全隱患。無機壁材有更好的安全性能，具有相變溫度恒定、儲能密度大、導熱率高等優點。

通過調研發現，在中高溫相變儲熱材料領域，有以碳酸鉀和粉煤灰為原料，將粉煤灰通過一定量的碳酸鉀進行化學反應改性得到改性后的粉煤灰，進而再與碳酸鉀復合得到高溫定型儲熱材料。該儲熱材料的熱容量介于101.3～122.1J·g^-1，導熱系數在0.379～0.438W·m^-1·K^-1范圍內可調；其相變區間為850～890℃。還有一種以無機玻璃作為儲熱介質的中高溫相變儲熱材料，通過制備無機玻璃，將無機玻璃進行研磨、烘干，制得干燥的無機玻璃粉末；采用粉末壓制燒結或高溫熔浸法將所制得的干燥玻璃粉與基體材料制備成相變儲熱材料。

以高嶺土為支撐基體的太陽能儲熱材料，是以不同微觀結構的高嶺土和石蠟為原料，將高嶺土通過微波酸處理使其表面活化，進而復合石蠟。材料儲熱容量在84-107J·g^-1。還有一種太陽能儲熱材料，是由石墨烯-納米二氧化硅復合材料和硬脂酸組成。還有一種儲熱密度較高的化學儲熱材料是由80-95%的氫氧化鈣、少量膨脹石墨和溴化鋰液相混合均勻后干燥壓緊處理所得。這樣的材料十分密實，內部儲熱會有不均勻的現象。為了提高儲熱放熱的均勻性，在儲熱材料中需要增加一定比例的均勻的孔隙。有的利用模板法，如一種硫酸鎂/沸石分子篩復合儲熱材料作為中溫儲熱材料，是通過蒸餾水對沸石分子篩預處理，打開分子篩微孔，提高分子篩比表面積，然后選用不同質量濃度的硫酸鎂溶液浸漬分子篩，調控浸漬時間、干燥溫度等因素制備而成。還有采用超聲砂磨法與流體剪切輔助超臨界CO2剝離法，剝離獲得超薄石墨片，以超薄石墨片為定型基體，裝載硬脂酸相變材料后制備得到復合相變儲熱材料。還有利用磁場控制鋼纖維在相變儲熱材料制備過程中的分布，保證鋼纖維沿熱流方向一致分布，提高相變儲熱材料沿熱流方向的傳熱系數的石蠟基質定向傳熱相變材料。