[發(fā)明專利]一種金屬離子/磷酸鋯氣凝膠及其制備方法與復合相變儲能材料

有效

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• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111841457B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設計）人: 李偉杰;盛鑫鑫;林鵬程;陳穎;張力
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;C09K5/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 許慶勝

本發(fā)明涉及相變材料技術領域，尤其涉及一種金屬離子/磷酸鋯氣凝膠及其制備方法與復合相變儲能材料。本發(fā)明公開了一種金屬離子/磷酸鋯氣凝膠，該金屬離子/磷酸鋯氣凝膠中的磷酸鋯納米片之間形成了犧牲性的金屬離子配體增強的配位鍵，增加了磷酸鋯納米片之間的相互作用，因此提升了復合相變材料的力學強度；磷酸鋯納米片層間有大量的酸點和Lewis酸點，高溫燃燒時可以催化聚合物交聯成炭，此外，磷酸鋯納米片也可以起到物理屏障作用，二者可以共同阻止氧氣、熱量的擴散使復合相變材料具有優(yōu)異的阻燃性能；金屬離子/磷酸鋯氣凝膠中磷酸鋯氣凝膠能夠負載更多相變材料，提升儲能密度。

技術領域

本發(fā)明涉及相變材料技術領域，尤其涉及一種金屬離子/磷酸鋯氣凝膠及其制備方法與復合相變儲能材料。

背景技術

隨著全球經濟快速增長和人口大量增加，化石燃料的消耗量迅速增長，與此同時人類對化石燃料的能源利用率仍比較低，從而造成了大量能源的浪費與溫室氣體的排放，而提升能源的利用效率是有效減少能源消耗的方法之一。因此，大量研究者都將精力投入到提升能源利用效率方面。相變材料(Phase change material，PCM)是一種很好的潛熱儲能材料，具有高儲能密度和相變溫度可控的特點，能夠將生產生活中產生的熱量儲存起來，并在合適的條件下再釋放，從而提高了能源的利用效率，能夠廣泛應用于諸多領域(如太陽能、建筑等領域)，從而緩解當前的能源與環(huán)境問題。

目前使用的大多數相變材料都為固-液有機相變材料，該相變材料在相變時由于其流動性的增加容易造成泄漏現象，從而會影響實際應用。

中國發(fā)明專利CN201611038250.X中采用磷酸鋯納米片和表面活性劑在油/水界面穩(wěn)定吸附以制備納米膠囊相變材料，其中所使用的殼層材料為聚苯乙烯，但是其具有較低的熱導率和易燃等缺點。此外，納米微膠囊之間沒有連接，導致其在受到外力作用時易產生不可恢復的形變，限制了其在生產生活中的長期使用。

中國發(fā)明專利CN201911078840.9中使用聚乙烯醇(PVA)材料作為氣凝膠吸附相變功能材料制備復合相變材料，其中所使用的PVA氣凝膠在相變材料熔融時無法為復合相變材料提供足夠的力學強度；同時PVA屬于易燃高分子，在生產生活中使用時具有潛在的安全隱患。

中國發(fā)明專利CN201210409523.2中使用有機酸改性的粉煤灰作為基材，摻入導熱性能改善劑并吸附相變材料制備復合相變材料。粉煤灰具有顆粒直徑小的特點，并且制備相變材料時需要添加一定量的導熱性能改善劑，但導熱性能改善劑在復合相變材料中相容性較差，導致復合相變材料的力學強度不足，從而在一定的外力條件下容易發(fā)生粉化或者坍塌，不利于其廣泛應用。

綜上所述，在保證相變材料儲能密度的同時，提升復合相變材料的力學強度和阻燃性能是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種金屬離子/磷酸鋯氣凝膠及其制備方法與復合相變儲能材料，該金屬離子/磷酸鋯氣凝膠在保證具有優(yōu)異的儲能密度的同時還具有較高的力學性能和阻燃性。

其具體技術方案如下：

本發(fā)明提供了一種金屬離子/磷酸鋯氣凝膠，包括金屬離子和磷酸鋯納米片；所述磷酸鋯納米片呈氣凝膠結構，所述金屬離子位于磷酸鋯納米片之間，與磷酸鋯納米片形成配位鍵。

本發(fā)明提供金屬離子/磷酸鋯氣凝膠中磷酸鋯納米片之間形成了犧牲性的金屬離子配體增強的配位鍵，增加了磷酸鋯納米片之間的相互作用，因此提升了復合相變材料的力學強度；磷酸鋯納米片層間有大量的酸點和Lewis酸點，高溫燃燒時可以催化聚合物交聯成炭，此外，磷酸鋯納米片也可以起到物理屏障作用，二者可以共同阻止氧氣、熱量的擴散使復合相變材料具有優(yōu)異的阻燃性能；金屬離子/磷酸鋯氣凝膠能夠負載更多相變材料，提升儲能密度。

本發(fā)明中，所述金屬離子/磷酸鋯氣凝膠中磷酸鋯的質量含量為95-97wt％，金屬離子的質量含量為3-5wt％。