[發(fā)明專利]一種供暖用相變儲熱材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111164261.3
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113817450A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂亞東;馮硯廳;徐雪霞;王勇;李文彬;董國振;李國維;李曉康
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學研究院;國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)河北能源技術(shù)服務(wù)有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務(wù)所有限公司 13100
• 代理人: 張曉佩

本發(fā)明涉及一種供暖用相變儲熱材料，所述介孔碳納米纖維的制備方法包括以下步驟：（1）制備紡絲液；（2）制備前驅(qū)體纖維；（3）對前驅(qū)體纖維進行高溫燒結(jié)，得到復(fù)合碳納米纖維；（4）對得到的復(fù)合碳納米纖維進行刻蝕，得到介孔碳納米纖維。最終介孔碳納米纖維和石蠟復(fù)合得到供暖用相變儲熱材料，本發(fā)明制備的相變儲熱材料有效解決了純石蠟作為相變儲熱材料的不足，具有潛熱值大、熱導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好等特性，適合在家用太陽能清潔供暖系統(tǒng)的作為熱量存儲介質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及相變儲熱材料及其制備方法，具體來說是利用材料在環(huán)境溫度上升或下降時引發(fā)材料本身物相發(fā)生變化的過程中吸收或者放出熱量，用于大規(guī)模熱量存儲的材料及其制備方法。

背景技術(shù)

太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源，當前，傳統(tǒng)化石燃料逐年減少，全球能源危機日益嚴重，對太陽能的開發(fā)和有效利用已成為實現(xiàn)保障能源安全、促進能源利用多樣性的重要方式。太陽能具有清潔、經(jīng)濟、高效等諸多優(yōu)勢，但是其本身又存在明顯的穩(wěn)定性差、能量密度低等先天不足，為太陽能的推廣和應(yīng)用提出了巨大的挑戰(zhàn)。太陽能的不穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在其光照強度受晝夜、季節(jié)的更替以及天氣陰晴雨雪等因素的影響。未解決太陽能利用的連續(xù)性和穩(wěn)定性問題，實現(xiàn)能量的穩(wěn)定、高效利用，選擇對太陽能進行存儲，保證能量能夠在需要的時候得到及時的釋放成為了當前研究的熱點。

相變材料是利用潛熱儲熱的方式實現(xiàn)對熱能的存儲，依據(jù)材料在環(huán)境溫度上升或者下降時引起的材料本身的物相發(fā)生改變的過程中吸收或者放出能量，從而實現(xiàn)大規(guī)模的能量存貯。相變材料具有高的儲熱密度、相變溫度基本保持恒定、穩(wěn)定性好等多種優(yōu)勢，在當前熱能存儲研究領(lǐng)域備受關(guān)注。石蠟作為一種常用的有機固液相變儲熱材料，具有無毒、無腐蝕、來源廣、價格低廉、相變穩(wěn)定性好的諸多優(yōu)點，且相變潛熱值可達250J/g。石蠟是一類直鏈烷烴化合物的統(tǒng)稱，結(jié)構(gòu)相似，性能相同，隨著主鏈C原子數(shù)的增加，相變溫度提高，相變潛熱值增大。石蠟的相變溫度維持在25-65℃之間，恰好滿足太陽能采暖所需要的溫度區(qū)間。此外，石蠟作為相變儲熱材料的優(yōu)勢還在于不同C原子數(shù)的石蠟混合物的相變溫度具有一定的溫度梯度，較單一相變儲熱材料相變溫度單一來說，可以有效緩解熱能釋放過程劇烈而難以控制的問題。但是石蠟在使用中存在著幾乎所有純有機相變儲熱材料的共同缺陷，即易泄露、傳熱效率低等問題。

解決有機相變儲熱材料易泄露和傳熱效率低的問題，通常采用復(fù)合材料制備技術(shù)方法，即以有機相變儲熱材料為相變介質(zhì)，以孔狀、管狀或者層片狀的無機材料為支撐結(jié)構(gòu)，利用支撐材料大的比表面積對相變材料進行吸附，形成穩(wěn)定的定形相變材料，再添加一定量的高導(dǎo)熱增強材料制備得到有機-無機復(fù)合定形相變材料。在已有技術(shù)中，李潤豐在其博士論文《鐵尾礦多孔陶瓷_石蠟復(fù)合相變儲能材料的制備與性能研究》中詳細闡述了石蠟與多孔材料制備的復(fù)合相變材料特性具有較好的蓄熱能力。李國等人在學術(shù)論文《碳纖維-納米石墨片網(wǎng)絡(luò)體導(dǎo)熱增強石蠟相變儲能復(fù)合材料的制備及表征》中研究制備了高導(dǎo)熱率、熱穩(wěn)定性好的復(fù)合相變材料。

但是隨著添加物質(zhì)的量的增加，相同體積容器所能盛放的相變材料的量會受到影響，具體表現(xiàn)為儲熱量的不足，對實際應(yīng)用限制極為明顯。因此，探索低添加的復(fù)合相變材料變得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種潛熱值大、熱導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好，適合在家用太陽能清潔供暖系統(tǒng)的作為熱量存儲介質(zhì)的相變儲熱材料及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種供暖用相變儲熱材料，為石蠟與介孔碳納米纖維復(fù)合材料。

一種供暖用相變儲熱材料的制備方法，所述介孔碳納米纖維的制備方法包括以下步驟：（1）制備紡絲液；（2）制備前驅(qū)體纖維；（3）對前驅(qū)體纖維進行高溫燒結(jié)，得到復(fù)合碳納米纖維；（4）對得到的復(fù)合碳納米纖維進行刻蝕，得到介孔碳納米纖維。

優(yōu)選的，石蠟與介孔碳納米纖維進行復(fù)合的步驟為：石蠟加熱至80℃使其完全融化成液態(tài)，將剪切成長度為4-5mm的一維介孔碳納米纖維置于其中，對石蠟進行吸附，直至容器中無可流動的液態(tài)石蠟為止，得到介孔碳納米纖維-石蠟混合物。