[發明專利]一種高可靠性高溫復合儲熱材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310576892.9
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116535217A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 田麗梅;李子源;王養俊;商震;王歡
• 申請（專利權）人: 吉林大學;吉林大學威海仿生研究院
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;B28B3/00;B28B17/02;C04B35/622;C04B35/64;C09K5/06
• 代理公司: 吉林省中玖專利代理有限公司 22219
• 代理人: 李泉宏

本發明公開了一種高可靠性高溫復合儲熱材料及其制備方法，一種高可靠性高溫復合儲熱材料及其制備方法，主要目的是解決熔鹽泄露和揮發的問題，開發一種儲熱密度高、導熱率高、可靠性性能優異的ss?PCM。本發明采用高溫燒結方式在儲熱復合芯材的外層制備了一層致密的陶瓷外殼，能夠防止熔鹽泄露，從而能夠負載更多的熔鹽，提高儲熱密度；將炭材料、熔鹽與外部換熱工質完全隔絕，避免了炭材料的高溫氧化，延長了PCM的壽命，能夠避免熔鹽污染換熱工質，也能大大降低儲熱材料吸潮率，外殼與熔鹽區域之間增加了一層多孔炭后，能夠吸收熔鹽受熱時的膨脹變形，避免致密的外殼的破裂。

技術領域

本發明屬于高溫儲熱材料技術領域。

背景技術

相變儲熱因其高能量密度、準等溫儲釋熱過程、合理的成本而備受關注。熔鹽穩定性高、成本低而被廣泛應用，但需要對其進行封裝使其形狀穩定后才能在儲熱系統中使用。混合-冷壓-燒結工藝是一種適用于工業大批量生產的封裝方法，該工藝將熔鹽粉末與多孔材料顆粒混合后壓縮成型并在在高溫爐中加熱到熔鹽相變溫度(200℃-900℃)附近，燒結一定時間獲得形狀穩定的復合相變材料(shape?stable-phase?change?material，ss-PCM)。

文獻《L.Sang,F.Li,Y.Xu,Form-stable?ternary?carbonates/MgO?compositematerial?for?high?temperature?thermal?energy?storage,Sol.Energy.180(2019)1–7》公開了一種三元碳酸鹽與MgO混合燒結而成的ss-PCM，該文指出ss-PCM是靠融化的熔鹽將熔鹽與陶瓷顆粒燒粘到一起的，而陶瓷顆粒間隙的毛細作用將熔鹽吸附，避免泄露。因此，熔鹽/MgO質量比高于4：6時，熔鹽會發生泄露，當該比例為7：3時，材料外形甚至不能保持穩定，只有該比例為3：7時，熔鹽才不會發生泄露。這導致ss-PCM中的熔鹽含量過少，儲熱密度較低。

文獻《Q.Yu,C.Zhang,Y.Lu,Q.Kong,H.Wei,Y.Yang,Q.Gao,Y.Wu,A.Sciacovelli,Comprehensive?performance?of?composite?phase?change?materials?based?oneutectic?chloride?with?SiO2?nanoparticles?and?expanded?graphite?for?thermalenergy?storage?system,Renew.Energy.172(2021)1120–1132》一種通過添加膨脹石墨(EG)等碳材料來提高ss-PCM的導熱率，但高溫下EG會發生氧化，這限制了含EG的ss-PCM的使用溫度及服役時間。

此外，ss-PCM依靠多孔孔隙吸附熔鹽，雖然能夠防止熔鹽泄露，但不能防止高溫下ss-PCM中熔鹽的揮發，熔鹽揮發會造成ss-PCM儲熱密度下降，并腐蝕儲熱系統。因此，很有必要開發一種儲熱密度高、導熱率高、能夠同時防止泄露與揮發高可靠性ss-PCM。

發明內容

為了解決上述問題，開發一種儲熱密度高、導熱率高、可靠性性能優異的ss-PCM。本發明提出了一種高可靠性高溫復合儲熱材料及其制備方法，所采用的技術方案具體如下：

本發明中一種高可靠性高溫復合儲熱材料，由致密陶瓷外殼和內部儲熱復合芯材組成，主要成分為陶瓷粉末B；儲熱復合芯材是由熔鹽、陶瓷粉末A和導熱增強劑組成，熔鹽吸附在陶瓷粉末和導熱增強劑間隙內；

熔鹽、陶瓷粉末A和導熱增強劑的質量比為(40-80):(5-60):(0-40)；所述熔鹽為在陶瓷粉末A或陶瓷粉末B的燒結溫度下不會分解的單組分鹽或多元共晶鹽；所述的陶瓷粉末A選自MgO、SiC、硅藻土和SiO₂，且粒徑為1～100μm；陶瓷粉末B選自SiC、AlN、Al₂O₃和Si₃N₄，且粒徑為1000目～3000目。