[發明專利]一種硅藻基相變儲能材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202010627435.4
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111718691B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 孫大陟;黃錦濤;吳邦耀;李丹丹;李濤;馬斐;張江濤;羅均龍
• 申請（專利權）人: 南方科技大學;深圳泰利能源有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供一種硅藻基相變儲能材料，所述儲能材料包括硅藻殼和相變介質，其中硅藻殼比表面積高，相較于現有的硅藻土，與相變介質組合后得到的儲能材料熔融焓和結晶焓高，綜合性能佳，且沒有相變介質的泄露問題；本發明還提供該硅藻基相變儲能材料的制備方法，通過采用人工養殖硅藻經過預處理后得到硅藻殼，再與相變介質組合，制備工藝簡單。

技術領域

本發明涉及儲能材料技術領域，尤其涉及一種硅藻基相變儲能材料及其制備方法和用途。

背景技術

人類進入工業社會以來，傳統能源正在以驚人的速度消耗，人類正面臨前所未有的能源危機。日益惡化的環境使人類意識到節約能源、尋找新能源、保護環境的重要性。因此，人們要研究和利用可再生能源。可再生能源中太陽能、風能、生物質能等都是傳統能源的替代品，但是這些能源存在間歇性、波動性等缺點，為了解決這些問題可利用相變材料的特性實現能量的時間空間轉換。材料儲能的本質意義在于，它可將一定形式的能量在特定的條件下儲存起來，并能在特定的條件下加以釋放和利用。因此可以實現能量供應與人們需求一致性的目的，并達到節能的作用。

目前，對于相變材料的研究主要集中于解決相變材料本身容易泄露的缺陷。為了防止材料泄露以及提高導熱速率，各國科學家采取了不同的方法。其中多孔基吸附法是應用最為廣泛的一種，其特點是利用多孔支撐材料內部孔隙小的特點，將相變介質分散成很小的顆粒，借助毛細管效應提高相變介質在多孔支撐材料中儲藏的可靠性，使其在發生固液相變時不發生液體泄露，同時利用多孔支撐材料導熱率高的特點提高換熱效率。選擇多孔支撐材料時通常需要考慮它的結構特點、(孔徑分布、孔的形狀、孔與孔的連接性)及其與相變介質的相容性。可供選擇的有多孔石墨，多孔二氧化硅，膨脹黏土等。多孔基相變材料具有不易泄露，導熱系數較高，穩定性高，強度大等特點。

近年來，對相變儲能的理論和應用研究發展更是非常之快，使其已成為涉及物理化學、材料科學、太陽能、傳熱學、工程熱力學、相圖理論、量熱技術及熱分析等學科領域的新的學科方向。國外已經將相變材料的實際應用推廣到許多領域中，例如建筑節能、太陽能利用、余熱/廢熱利用、電力調峰、日常生活應用及電子元器件熱保護、紡織服裝、農業上的應用等。國內的實際應用推廣還較少，有關相變材料的優化設計和強化傳熱的研究、附加價值高的產品還有待發展。

硅藻土主要成分為二氧化硅，但相對于粉末狀的純二氧化硅，它擁有著天然的微米級外殼結構，按照外殼的形狀來對其劃分，可以分為圓盤狀(紋路呈現中心輻射狀)，羽狀(紋理呈現羽毛狀散發)與針狀等，其中圓盤狀的硅藻土擁有著最好的結構對稱性，商業應用最為廣闊。無論哪種形狀的硅藻土，都有著復雜的微米級結構與數量龐大、直徑分布在100nm-300nm之間的微孔，這使得硅藻土擁有著較高的比強度與較大的比表面積。然而硅藻土的自然形成過于緩慢，且無法大批量地形成外殼形狀較為單一的硅藻，所以硅藻的商業養殖生產已經得到了市場的關注。

因此，本發明結合人工養殖硅藻及相變材料的應用需求，提出了一種硅藻基多孔相變儲能材料及其制備方法。

發明內容

鑒于現有技術中存在的問題，本發明提供一種硅藻基相變儲能材料，所述儲能材料包括人工養殖硅藻制得的硅藻殼和相變介質，所述硅藻殼相較于現有的硅藻土，比表面積高，無金屬等雜質存在，與相變介質組合后得到的儲能材料熔融焓和結晶焓高，綜合性能佳；且其制備方法工藝簡單，條件溫和，制得的相變儲能材料能夠較好地應用在建筑、航空、通訊、制冷或電力等領域中。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種硅藻基相變儲能材料，所述相變儲能材料包括硅藻殼和相變介質。

本發明的硅藻基相變儲能材料包括硅藻殼和相變介質，其中，硅藻殼相較于現有技術常用的硅藻土，具有比表面積高無金屬雜質等優勢；由于其較高的比表面積，因此能夠負載更多的相變介質，使最終相變儲能材料具有較高的熔融焓和結晶焓，相變潛熱高。

優選地，所述相變儲能材料由硅藻殼和相變介質組成。