一种高温相变储热微胶囊及其制备方法

本发明涉及相变储能，尤其涉及一种高温相变储热微胶囊及其制备方法。

背景技术：

1、在全球科技不断发展的同时，煤炭、石油、天然气等不可再生能源的消耗也不断增加。虽然新能源领域技术的不断发展对现状能有所缓解，但传统能源领域的地位依旧不可动摇，所以能源回收利用的研究仍然十分重要。能量最为普遍的表现形式就是热能，对热能的回收利用无疑是不可忽视的。因此，相变储热技术得到了人们更多的关注。

2、相变储热技术成功与否的关键是相变材料；相变材料是利用物质在发生相变时通过吸热和放热的过程对热能进行调控的材料，主要应用于太阳能光热发电、工业余热回收、工业窑炉储热等领域。与其他高温相变储热材料相比，铝硅合金具有相变潜热大、相变温度高、导热系数大、化学性质相对稳定等优点，是高温相变储热领域的理想材料。然而，铝硅合金作为高温相变储热材料，在相变过程中易产生液态合金泄露、高温腐蚀和体积膨胀等问题，从而限制了相变储热材料的实际应用，因此，将其制备成具有核壳结构的高温相变储热微胶囊是一种非常有效的方法。

3、近年来，一些学者对铝及铝硅合金作为高温相变储热微胶囊开展了一些研究，公开了一些含有铝或铝硅合金的高温相变储热微胶囊材料。如cn101798498，以铝粉为原料，用雾化后氧气气氛冷却法制备了al2o3包裹al粉的核壳式复合相变蓄热材料，但此种核壳结构的复合相变蓄热材料对设备要求高、制备工艺复杂和难于控制，制备的壳层较薄，难以满足强度要求。cn107245326，以铝硅合金粉为原料，用磷酸二氢铝溶液进行直接处理后形成相变蓄热微胶囊坯体，或将坯体焙烧后形成具有致密壳层的高温相变蓄热微胶囊，此种微胶囊的制备方法简单，但是制备的微胶囊之间有粘接，难以满足对分散性要求高的工业应用。cn113058509，该技术采用铝粉为原料，将金属粉末置于有氧气氛下，以低于金属粉末熔点的温度煅烧，得到一种金属微胶囊，该技术所制得的金属微胶囊耐高温性能虽较为突出，但随热循环次数的增加，金属氧化物壳层厚度增加，导致相变潜热下降。cn109628070，将铝硅合金粉用酸或用碱和去离子水交替洗涤，干燥；再置于100～350℃的水蒸气中，静置，于真空度条件下放置2～10min，过滤，干燥；然后在空气或氧化气氛条件下，于800～1500℃保持3～8h，冷却至室温，获得以铝硅合金为核、莫来石+氧化铝为壳的具有复合壳层的相变蓄热颗粒，虽然莫来石+氧化铝壳层具有强度大、耐高温等优点，但其塑性较差，长时间循环后，易破裂。

4、因此，研究得到一种具有良好的抗高温氧化性、热循环稳定性和耐久性的高温相变储热微胶囊具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高温相变储热微胶囊及其制备方法，其目的是解决现有合金熔融泄漏以及体积膨胀的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种高温相变储热微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将铝硅合金、勃姆石和有机溶剂混合后顺次进行加热和煅烧，制得内部形成的空穴al-si@al2o3微颗粒；

5、2)对al-si@al2o3微颗粒顺次在氢氧化钠溶液、含钯溶液和含镍溶液中进行浸泡处理，制得高温相变储热微胶囊。

6、优选的，步骤1)所述铝硅合金的粒径为30～70μm，铝硅合金中硅的质量分数大于等于30％；步骤1)所述勃姆石的粒径为10～20nm，所述有机溶剂为无水乙醇。

7、优选的，所述铝硅合金、勃姆石和有机溶剂的质量比为1～3:3～4:4～5。

8、优选的，步骤1)所述加热的温度为55～65℃，所述煅烧的温度为1180～1380℃，煅烧的时间为6～8h。

9、优选的，步骤2)所述氢氧化钠溶液的浓度为95～105g/l，在氢氧化钠溶液中浸泡处理的时间为8～12min。

10、优选的，步骤2)所述含钯溶液包括氯化钯、氯化锡、氯化钠和盐酸，在含钯溶液中浸泡处理的时间为8～12min。

11、优选的，所述盐酸的质量浓度为35～39％，所述含钯溶液中氯化钯、氯化锡、氯化钠和盐酸的质量比为0.5～1:30～70:155～165:60～200。

12、优选的，含镍溶液包括硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸钠和乙酸钠，在含镍溶液中浸泡处理的时间为18～22min，在含镍溶液中浸泡处理的温度为55～65℃。

13、优选的，所述含镍溶液中硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸钠和乙酸钠的质量比为28～30:25～28:10～12:15～20，含镍溶液的ph值为4～6。

14、本发明还提供了所述制备方法制得的高温相变储热微胶囊，所述高温相变储热微胶囊包括核、内壳层和外壳层；核为铝硅合金，内壳层为氧化铝，外壳层为镍。

15、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、本发明制备的高温相变储热微胶囊具有双壳层核壳结构，内壳层氧化铝具有强度高、耐液态合金腐蚀等优点，外壳层镍具有抗高温氧化、韧性好的特点。既解决了铝硅合金作为高温相变材料在固-液相变过程中对容器材料存在的高度化学腐蚀、体积膨胀引起的热应力问题，又解决了为克服以上两个问题而增加壳厚，导致高温相变材料热稳定性和耐久性降低的问题。而且，本发明所使用的原料简便易得，易控制，操作方便，且壳层材料无污染。

技术特征：

1.一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤1)所述铝硅合金的粒径为30～70μm，铝硅合金中硅的质量分数大于等于30％；步骤1)所述勃姆石的粒径为10～20nm，所述有机溶剂为无水乙醇。

3.根据权利要求2所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，所述铝硅合金、勃姆石和有机溶剂的质量比为1～3:3～4:4～5。

4.根据权利要求2或3所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤1)所述加热的温度为55～65℃，所述煅烧的温度为1180～1380℃，煅烧的时间为6～8h。

5.根据权利要求1所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤2)所述氢氧化钠溶液的浓度为95～105g/l，在氢氧化钠溶液中浸泡处理的时间为8～12min。

6.根据权利要求1所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤2)所述含钯溶液包括氯化钯、氯化锡、氯化钠和盐酸，在含钯溶液中浸泡处理的时间为8～12min。

7.根据权利要求6所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，所述盐酸的质量浓度为35～39％，所述含钯溶液中氯化钯、氯化锡、氯化钠和盐酸的质量比为0.5～1:30～70:155～165:60～200。

8.根据权利要求1所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，含镍溶液包括硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸钠和乙酸钠，在含镍溶液中浸泡处理的时间为18～22min，在含镍溶液中浸泡处理的温度为55～65℃。

9.根据权利要求8所述的一种高温相变储热微胶囊的制备方法，其特征在于，所述含镍溶液中硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸钠和乙酸钠的质量比为28～30:25～28:10～12:15～20，含镍溶液的ph值为4～6。

10.权利要求1～9任一项所述制备方法制得的高温相变储热微胶囊，其特征在于，所述高温相变储热微胶囊包括核、内壳层和外壳层；核为铝硅合金，内壳层为氧化铝，外壳层为镍。

技术总结
本发明属于相变储能技术领域，本发明公开了一种高温相变储热微胶囊及其制备方法，制备步骤为将铝硅合金、勃姆石和有机溶剂混合后顺次进行加热和煅烧，制得内部形成空穴Al‑Si@Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的微颗粒；对微颗粒顺次在氢氧化钠溶液、含钯溶液和含镍溶液中进行浸泡处理，制得高温相变储热微胶囊，本发明所制得的高温相变储热微胶囊具有良好的抗高温氧化性、热循环稳定性和耐久性。

技术研发人员：李小松,钟武泳,廖睿
受保护的技术使用者：湖南理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15