[發明專利]一種生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料

有效

• 申請號: 202011357245.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112521153B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 劉向雷;徐巧;宣益民
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/65;C04B38/06;C04B41/85;C09K5/06
• 代理公司: 南京鑫之航知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32410
• 代理人: 姚蘭蘭

本發明提出一種生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料及其制備方法，該儲熱材料由生物形態碳化硅陶瓷骨架、氯化鹽復合制成。生物形態碳化硅陶瓷是一種將熔融硅與木炭多孔前驅體高溫反應生成的陶瓷材料，不同的木材前驅體可以獲得具有不同孔隙率的碳化硅陶瓷骨架。相變儲熱材料是將氯化鈉與氯化鉀于球磨機中充分混合均勻并干燥制得氯化鈉鉀共晶鹽。采用真空浸漬法將相變儲熱材料包覆于生物形態碳化硅陶瓷骨架使得陶瓷骨架孔隙中填充相變材料，即可得到生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料。本發明制備的復合材料導熱率高（116 W/mK）、光譜吸收性能高（92%）、儲熱密度高（453kg/kJ）的優良特性，有望推動構建清潔低碳、高效安全能源體系的發展。

技術領域

本發明涉及相變儲熱材料領域，特指一種利用生物形態多孔碳化硅陶瓷、氯化鹽復合制備的儲熱材料。

背景技術

世界90%以上的能源在開采、轉換、輸送與利用過程中都與熱相關。儲熱可以有效緩解熱能供給與需求在時間、空間、強度上不匹配的問題，提高能源利用率，降低能源利用成本，因此是構建清潔低碳、高效安全能源體系的關鍵技術！

儲熱技術有三種，其中潛熱和顯熱技術研究最多。然而，無論哪種技術，都存在高儲熱密度與高功率密度難以兼顧的問題。以顯熱型陶瓷材料為例，陶瓷比熱容小，儲熱密度低。潛熱型相變材料相變潛熱大，儲熱密度高，但導熱系數小，功率密度低（儲的慢）！。如何同時提高儲熱密度與功率密度，目前尚無有效方法。

儲熱的能量來源主要有太陽能和余熱兩種。現有的太陽能儲熱系統多為表面式，太陽能先被表面吸收轉換成熱量，再傳給工質，傳熱環節多，熱量損失大。傳統被動式余熱儲存系統自適應調控能力弱，能量利用率低。這些瓶頸極大制約了可再生能源及余熱的高效利用技術的發展！

因此發展快響應、大容量、高效率、長壽命儲熱技術迫在眉睫！為了實現這一目標，我們向自然學習！具體思路是：樹木中的等級孔結構對儲熱材料進行仿生，增加負載、改善穩定性、提高儲熱密度。

發明內容

發明目的：提供一種生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料，該復合相變儲熱材料導熱性能更高，光譜吸收性能更高，儲熱密度更高。

本發明的另一目的是提供上述儲熱材料的制備方法。

本發明的另一目的是通過以下技術方案實現的：

一種生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料，其特征在于：該復合相變儲熱材料由氯化鹽、多孔碳化硅骨架復合制成，其中多孔碳化硅陶瓷骨架的質量分數占70%，氯化鹽的質量分數占30%。氯化鹽中氯化鈉的質量分數占60±1%，氯化鉀的質量分數占40±1%。上述材料中選用的多孔生物碳化硅孔隙率為50±5%。

此外，本發明還公開一種生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料，包括以下步驟：

第一步：生物形態碳化硅陶瓷骨架的制備。

將木頭初步切割，于干燥箱中干燥后置于管式爐中升溫至900~1100℃保溫 30~60分鐘；出爐，將碳化后的前驅體精細切割；將切割后的前驅體置于高溫爐中，真空氛圍下與過量的硅在1550~1650℃下反應1~4小時；然后置于1900±50℃的真空氛圍中保溫4~6小時，得到生物形態的多孔碳化硅陶瓷備用。

第二步：高溫相變儲熱材料制備。

按比例稱取氯化鈉和氯化鉀置于球磨機中充分混合均勻后，置于管式爐中在氮氣氛圍下充分干燥，得到相變儲熱材料備用。

第三步：生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料。

將第二步所得相變儲熱材料置于坩堝中使其包覆第一步所得的生物形態碳化硅陶瓷，在管式爐中，真空氛圍下加熱至665~675℃并保溫3~4小時，即得到生物形態碳化硅陶瓷高溫光熱儲存材料。