[發明專利]用于太陽能直接光熱轉換的碳基相變儲能材料及制備方法

在審

• 申請號: 202210738198.8
• 申請日: 2022-06-28
• 公開（公告）號: CN114806513A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 羅曉航;頊興宇
• 申請（專利權）人: 忻州師范學院
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供用于太陽能直接光熱轉換的碳基相變儲能材料及制備方法，屬于相變復合材料技術領域；其包括導熱增強相變材料顆粒和包覆在所述導熱增強相變材料顆粒表面的碳基光熱轉換增強劑，所述導熱增強相變材料顆粒和碳基光熱轉換增強劑的質量百分比為75?95:5?25；所述導熱增強相變材料顆粒包括有機相變材料基體和碳基高導熱多孔材料。本發明將有機相變材料基體與碳基高導熱多孔材料以及碳基光熱轉換增強劑以上述特定的包覆結構結合，能夠分別充分發揮兩種碳基材料對相變基體的導熱增強與光熱轉換能力提升的作用，在保證碳基相變儲能材料高熱導與優良防液態泄漏能力的前提下，還賦予了突出的光熱轉換性能。

技術領域

本發明涉及相變復合材料技術領域，特別是指用于太陽能直接光熱轉換的碳基相變儲能材料及制備方法。

背景技術

太陽能是地球上分布最為廣泛，也是最易汲取的清潔能源。在碳減排成為全球各國能源發展共識后，太陽能轉換成為備受矚目的前沿領域。目前，太陽能常用來進行光熱轉換、光電轉換以及太陽能制氫等，而其中，直接光熱轉換是效率最高的太陽能利用方式。

光熱轉換材料由于其自身所特有的光熱特性可將所接受的太陽輻照直接轉換為熱能。但由于太陽輻照內在的瞬時性，傳統光熱轉換材料熱能輸出不穩定的劣勢很突出。相變材料具有獨特的潛熱存儲方式，可在溫度恒定的情況（既相變態）下進行熱能存儲與釋放，已在熱能存儲、電子器件熱管理、節能建筑以及可穿戴智能設備等領域被廣泛利用。若可將相變特性與光熱轉換機制相結合，則可成為解決傳統光熱轉換材料供能穩定度不佳的一種有效方式。目前，光熱轉換相變儲能材料已成為太陽能存儲利用領域一個非常前沿的研究熱點。

光熱轉換相變儲能材料在通過光熱轉換介質將太陽輻照轉換為熱能后，便能利用內部相變基體的潛熱存儲機制將這部分熱能存儲起來，并可在無太陽輻照的狀態下，將所存儲的熱能以恒溫的形式輸出。純相變儲能材料熱導率極低、固-液相變后的液態泄漏問題嚴重，且自身所具備的光熱轉換性能嚴重不足，需要通過添加具備光熱轉換特性的導熱填料來解決上述問題。碳基材料，金屬基材料以及有機物是目前最為常見的光熱轉換填料。其中，碳基材料由于其兼具良好的全光譜吸收能力與杰出的熱導率而被廣泛應用。目前絕大多數光熱轉換相變儲能材料的制備均是在相變基體中（烷烴類、脂肪酸類、酯類、醇類以及無機水合鹽類等）添加單一品種的碳基填料（石墨烯、納米炭黑、石墨納米薄片、碳納米管、膨脹石墨、碳纖維等）來獲得，無法兼具高效的光熱轉換效率、高熱導率以及突出的防液態泄漏能力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供用于太陽能直接光熱轉換的碳基相變儲能材料及制備方法，其能彌補現有碳基光熱轉換相變儲能材料性能的不足。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

第一方面，一種用于太陽能直接光熱轉換的碳基相變儲能材料，其包括導熱增強相變材料顆粒和包覆在所述導熱增強相變材料顆粒表面的碳基光熱轉換增強劑，所述導熱增強相變材料顆粒和碳基光熱轉換增強劑的質量百分比為75-95:5-25；所述導熱增強相變材料顆粒包括有機相變材料基體和碳基高導熱多孔材料。

更優選地，所述導熱增強相變材料顆粒和碳基光熱轉換增強劑的質量百分比為85-93:7-15。

其中，優選地，所述碳基光熱轉換增強劑選自具有優異吸光性能的材料，具體選自石墨烯、石墨納米薄片、碳納米管、納米炭黑、石墨蠕蟲、碳纖維中的一種或多種。

其中，優選地，所述有機相變材料基體和碳基高導熱多孔材料的質量百分比為70-90:10-30、更優選70-80:20-30。

其中，優選地，所述有機相變材料基體選自烷烴類、脂肪酸類中的一種或多種。其具體選自C20-40的烷烴，C16-18的脂肪酸中的一種或多種。

其中，優選地，所述碳基高導熱多孔材料為具有微孔結構的高導熱物質。

更優選地，所述碳基高導熱多孔材料選自納米多孔碳、膨脹石墨中的一種或多種。