[發明專利]一種低熔點寬溫域熔鹽復合定型相變材料及制備方法

在審

• 申請號: 202210046254.1
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114410280A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 吳玉庭;魏雯珍;李傳;李琦;李鈺穎
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種低熔點寬溫域熔鹽復合定型相變材料及制備方法，涉及相變材料技術領域。以質量百分比計，該復合相變材料包括四元硝酸鹽和氧化鎂，進一步還包括石墨。四元硝酸鹽融化由固態變為液態時，產生壓差，導致液態鹽流入復合材料的空隙和孔洞中同時濕潤的液體可以提供一種毛細管力，將分散的MgO粒子拉到一起，并重新排列它們，形成致密的復合材料。氧化鎂骨架材料含量過低易導致復合材料相變時發生泄漏，使得材料表面出現孔隙和膨脹。氧化鎂骨架材料含量過高易導致復合相變材料潛熱降低的問題。石墨含量過低易導致復合相變材料熱導率較低的問題。石墨含量過高易導致復合相變材料潛熱降低的問題。

技術領域

本發明涉及相變材料技術領域，具體而言，涉及一種低熔點寬溫域熔鹽復合定型相變材料及制備方法。

背景技術

能源是人類賴以生存和發展的基礎，隨著科學技術的快速發展，人們對能源的需求日益增加。全球大規模的能源消耗導致了能源危機，氣候變化以及嚴重的環境污染。因此，探索和應用新型能源材料已經成為全球性重要課題。

新能源在應用過程中具有間歇性、波動性、能源不匹配的固有問題。相變儲熱系統是解決能源供應時間與空間矛盾的有效手段，是提高能源利用率的重要途徑之一。相變材料常用于太陽能熱利用、電網調峰填谷、余熱回收、航空航天以及電池熱管理等領域。熔融鹽是被廣泛研究和應用的一種相變材料，其中一種四元共晶硝酸鹽[Ca(NO₃)₂、KNO₃、NaNO₃、NaNO₂]，熔點為89.14℃，分解溫度為628℃。具有熔點低、使用溫度范圍廣、無毒、不易燃等優點，是一種極具應用前景的相變儲能材料，可被用于太陽能熱利用以及工業余熱回收領域。然而該四元硝酸鹽有兩個重要缺陷分別是固-液轉換時容易泄露和本身熱導率低導致傳熱速率慢的問題。因此研究一種復合相變材料使其在相變時不發生泄露并提高材料的熱導率使其達到理想的儲熱放熱狀態具有重大意義。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種低熔點寬溫域熔鹽復合定型相變材料及其制備方法，以解決現有技術中四元硝酸鹽相變材料相變時易泄露和導熱性能差的問題。

為實現上述目的，根據本發明的一方面，提供了一種低熔點寬溫域熔鹽復合定型相變材料，其特征在于，至少包括四元共晶硝酸鹽和氧化鎂，四元共晶硝酸鹽和氧化鎂的質量份數為(3-7)：(7-3)，兩者份數之和為10份；進一步上述復合相變材料中年還包括石墨，優選四元共晶硝酸鹽和氧化鎂的質量比為1:1，石墨為四元共晶硝酸鹽和氧化鎂的總質量的0-20％。

進一步地，上述復合相變材料的粒徑為3-5μm。

根據本發明的另一方面，提供了一種前述復合相變材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

步驟S1，將四元共晶硝酸鹽各組分精確稱量，通過靜態熔融法制備共晶四元硝酸鹽；

步驟S2，將制備好的四元共晶硝酸鹽、氧化鎂、石墨進行混合，得到混合物；

步驟S3，將所述混合物進行冷壓燒結，得到復合相變材料。

進一步地，上述步驟S1四元共晶硝酸鹽為Ca(NO3)₂、KNO₃、NaNO₃和NaNO₂的純鹽按質量比20：53：7：40制備的四元共晶硝酸鹽。進行稱重，置于剛玉坩堝中。注意將Ca(NO3)₂置于坩堝最上方防止爬鹽現象。

進一步地，將制備好的四元硝酸鹽在高速通用粉碎機中磨成3-5μm的細粉，同時使得氧化鎂和石墨粒徑均為3-5μm。

進一步地步驟S2，精確稱量四元硝酸鹽、氧化鎂和石墨這三種原料，然后將粉末在研磨罐中以300轉/分鐘的速度攪拌1小時，以充分混合粉末。