[發明專利]一種多功能相變儲能復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110745777.0
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113403039B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 石玲英;尹辰筱;翁琳
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08F220/48
• 分類號: C08F220/48;C09K5/06;C08F220/58;C08F2/48;C08J3/075;C08J9/28;C08L33/20
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明屬于高分子材料領域，具體涉及一種多功能相變儲能材料及其制備方法。本發明提供一種相變儲能復合材料，所述相變儲能復合材料包括多孔碳泡沫和相變材料，所述多孔碳泡沫具有層狀空腔結構，同時碳層內具有多級多孔結構；并且所述相變材料被多孔碳泡沫吸附和包封。本發明所得相變儲能材料為具有光?熱和電?熱轉變的多功能相變儲能復合材料，并且所得的相變儲能材料具有包封效率高(PEG的負載量為碳泡沫質量6倍左右)，潛熱高達160kJ/mol，儲能效率高達100％，循環穩定性好，無熔融泄漏。

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，具體涉及一種多功能相變儲能材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會工業化與生活便利化的高速發展，石化資源被不斷消耗，環境污染和全球變暖不斷加劇，能源問題和環境問題逐漸成為制約未來社會發展的關鍵因素。因此開發可再生能源，以及通過儲熱技術解決能源供需矛盾，成為解決能源問題和環境問題的重要途徑。相變儲能材料(PCMs)在一定條件下發生物理相態變化，可以實現能量的有效存儲和釋放，成為儲能技術研究中重要的材料基礎。PCMs的相變方式主要包括固-液、液-氣和固-固相變三種形式，而其中固-液相變儲能材料由于相對較低的相變溫度和較穩定的性能，其研究和應用最為廣泛，其工作原理為：當環境溫度高于相變溫度時，材料由固態轉變為液態并吸收熱量；而當環境溫度低于相變點時，材料由液態轉變為固態釋放熱量，從而維持環境溫度在適宜水平。目前應用廣泛的固-液相變材料包括：無機水和鹽，有機石蠟和聚乙二醇等。固液相變材料在應用中的主要缺點在于熔融態易泄露的問題，因此通過物理或化學包封防止泄漏是技術關鍵。

聚乙二醇(PEG)作為一種高分子固-液相變材料，在制備高性能多功能復合PCMs方面展示著一定的優勢。然而，PEG存在熔融泄露、低熱導率、電絕緣、弱光吸收等缺點，限制了其在儲能技術中的廣泛應用和發展。解決熔融泄漏問題的有效方法主要包括：1)應用物理或化學的方法使固-液相變材料轉變為固-固相變材料；2)物理包封方法，包括封閉和非封閉兩類。封閉類以微膠囊法為代表，通過在固-液有機PCM表面包裹一層高分子膜(如EP、PS、PU等)，形成微膠囊相變材料，這樣做可以防止泄露揮發，從而降低毒性，并且大表面積的小體積微膠囊可增大換熱時的接觸，提高熱導率；非封閉類則有表面接枝、插層法、熔融浸滲、多孔吸附等方法。其中多孔吸附是將有著微孔/介孔結構、大比表面積和高熱導率的輕質材料作為吸附載體，利用毛細管力將有機PCM封裝在其中，當外界升溫發生相變時，由于毛細管力的作用，液態的PCM將被包封在孔洞中，從而避免相變材料的泄露問題。除此之外，采用導熱性高、內部多孔，形成網絡交聯的載體還能增大復合相變材料的熱導率，從而提高熱轉化效率。常用的多孔載體有膨脹蛭石、膨脹石墨、活性炭、硅藻土等等。目前多孔材料對相變材料的吸附和包封目前主要關注于多孔材料對相變材料的毛細吸附作用，然而對多孔材料有利于包封相變儲能材料的結構改性，以及對多孔材料與相變材料的化學作用和物理吸附作用的協同調控還有待系統研究。

另外，聚丙烯腈是重要的碳材料前驅體，相比于其他的碳前驅體材料，聚丙烯腈具有高的熱穩定性、高殘炭率、并富含N元素，在多孔碳電極以及功能多孔碳材料的研究中備受關注。聚丙烯腈制備碳泡沫的方法，目前主要應用乳液聚合或者通過反相溶液沉淀的方法制備聚丙烯腈微球，再經過高溫碳化制備多孔碳。然而這些方法制備過程較復雜，成本較高，制備的碳泡沫密度較高，并且多孔碳碳化過程和成分可調性較小。因此限制了聚丙烯腈碳泡沫在相變儲能材料領域中的應用。

現有技術中尚未有用聚丙烯腈制得的具有特定結構的多孔碳泡沫材料來制備相變儲能材料的相關報道。

發明內容

本發明的目在于提供一種形狀穩定的并具有光-熱和電-熱轉變的多功能相變儲能復合材料，該復合材料是將聚丙烯腈共聚物水凝膠高溫碳化制備得到的具有化學組成和石墨化程度可調的多級多孔碳材料吸附和包封相變材料而制得的。本發明制備的相變儲能材料具有包封效率高(PEG的負載量為碳泡沫質量6倍左右)，潛熱高達160kJ/mol，儲能效率高達100％。

本發明的技術方案：