[發明專利]一種提高傳熱傳質效率的儲能新材料

有效

• 申請號: 202110100543.0
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112778980B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 魏晶;劉東;趙凱;何新平;趙新順;石繁槐;薛建勛;張天航
• 申請（專利權）人: 山西萬家暖節能科技有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;C09K5/14
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 涂華明

公開了一種儲能材料，該儲能材料以石墨烯氣凝膠為載體，以石蠟為相變材料；該石墨烯氣凝膠由氧化石墨烯采用化學還原自組裝和冷凍干燥制備得到；其中，氧化石墨烯選自酰亞氨官能化的改性氧化石墨烯。該儲能新材料的傳熱傳質效率相對于現有技術得以提高。

技術領域

本發明屬于相變儲能技術領域；涉及一種提高傳熱傳質效率的儲能新材料。

背景技術

隨著全球經濟的發展，能源需求日益增加，能源枯竭問題逐漸凸顯。傳統化石能源所帶來的環境污染問題也日益嚴重，新能源的開發利用逐漸成為各國研究的重點。在各種新能源中，太陽能具有清潔、無污染和可持續等優點。而我國幅員遼闊，尤其在廣大西部和北部地區，擁有較為豐富的太陽能資源，具有相當大的開發潛力。

然而，由于受到天氣、地理和光照時間等因素影響，太陽能具有蓄能密度低、間斷性等缺點，不能提供連續穩定的高密度能源，使得太陽能的應用發展受到很大的制約。為了提高太陽能的利用率，通常需要使用蓄能裝置來蓄存太陽能收集的熱量。

在蓄能裝置中，使用最為廣泛的核心材料是相變蓄能材料。根據相變蓄能材料的化學組成，相變材料主要分為有機類、無機類和復合相變材料。在太陽能取暖和儲存的中低溫相變蓄熱領域，有機類相變材料例如烷烴、脂肪酸和多元醇研究居多。其中，烷烴又以石蠟為典型代表。

石蠟無色無毒無刺激性氣味，物理化學性質穩定，蓄熱密度大，無過冷，蒸氣壓低，在中低溫相變蓄熱領域應用較為廣泛。然而，石蠟存在導熱性能差，體積膨脹系數大，穩定性差以及容易泄露等缺點。

中國專利申請CN105733516A公開了一種基于石墨烯的復合相變膜材料及其制備方法。在該制備方法中，將一定濃度的氧化石墨烯水溶液從具有一字形出口的制備裝置中連續勻速擠出后進入凝固液，再放入液氮中快速冷凍。然后通過冷凍干燥獲得氧化石墨烯氣凝膠薄膜，送入高溫爐中在惰性氣氛下進行高溫1300-3000℃熱處理，然后浸泡在不同濃度的石蠟的二氯甲烷溶液中，充分吸收后，得到基于石墨烯的復合相變膜材料。該石墨烯的復合相變膜材料對石蠟封裝效果優異，石蠟填充量為0.1-99.9％，膜-石蠟復合均勻，多次加熱冷卻循環后，材料的熔融相變焓和凝固相變焓基本保持不變，從而實現高效熱能儲存。然而，該專利申請使用石墨烯氣凝膠與石蠟的二氯甲烷溶液進行復合，二氯甲烷揮發會導致復合相變膜材料出現大量孔洞，從而導致其導熱效率和蓄熱密度下降較多。同時，該專利申請使用二氯甲烷為有毒試劑，對人體和環境有潛在危險。

中國專利申請CN110804420A公開了一種基于高導熱各向異性石墨烯骨架的相變復合材料及其制備方法，在水體系中引入乙醇定向冷凍使石墨烯片層規整排列，并通過在石墨烯三維網絡中引入聚酰亞胺并石墨化來連接石墨烯片，以減小石墨烯導熱網絡接觸熱阻、界面熱阻以及缺陷引起的聲子散射，所得到的三維石墨烯骨架具有優異的熱傳導性能，與相變材料復合后得到的相變復合材料具有高熱導率和高相變潛熱。該專利申請的制備工藝安全、環保、無污染，適合大批量生產，解決了以往相變復合材料所存在的低填充含量和高熱導率無法同時滿足的問題，得到一種高效的儲能材料。然而，在該專利申請的制備方法中，需要將石墨烯氣凝膠在酰亞胺化反應后在石墨化爐中高溫石墨化處理，所述高溫的溫度優選為2800℃。在所述高溫下，聚酰亞胺容易熱降解，導致預先構筑的石墨烯三維網絡存在某些缺陷，影響了相變材料導熱性能提高，同時，由于石墨烯所占質量分數和氣凝膠孔隙分布等因素，導致相變潛熱相對純石蠟下降較多。上述情形導致儲能材料的傳熱傳質效率不高。

針對現有技術存在的上述缺陷，迫切需要尋找一種提高傳熱傳質效率的儲能新材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高傳熱傳質效率的儲能新材料。所述儲能新材料導熱性能更好，同時相變潛熱更高；進而導致儲能新材料的傳熱傳質效率相對于現有技術得以提高。