一种无机相变储能材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种无机相变储能材料，所述储能材料包括以下组分：储能基体材料94?97份、功能添加剂0.2?1.0份、成核剂2.0?3.5份、表面活性剂0.8?1.5份。本发明所得材料性能稳定、价格低廉、原料丰富、制备方便、相变潜热大、无毒、热导率高，使其可以广泛的应用于太阳能低温蓄热系统、家庭日用保温、家用热水储能系统等多个领域。
【专利说明】
一种无机相变储能材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于相变储能技术领域，具体地，本发明涉及一种无机相变储能材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在相变储能技术领域，相变材料是基础，因此，首先要研究和开发相变潜热大，性能稳定和性价比高的相变材料。相变材料的种类很多，从相变的方式来看，可分为固-固、固-液、液-气和固-气相变材料四大类，由于固-气和液-气相变材料在相变过程中伴随大量气体的存在，使材料体积变化很大，因此，尽管它们相变潜热较大，但在实际中很少应用。在实际应用中，一般按材料化学组成成分的不同，把相变材料分为有机物类(石蜡、脂肪酸等)和无机物类(无机水合盐、熔融盐、金属等)。无机水合盐是中、低温相变材料中重要的一类，提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的近70种可供选择的相变材料。
[0003]无机水合盐具有使用范围广、价格便宜、单位体积蓄热密度大等优点。但也存在不足之处:过冷、相分离以及热传导效率比较低。这些缺陷直接关系到相变材料的使用效率及使用寿命，因此较好地解决这些问题成为相变材料应用研究方面的关键。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无机相变储能材料，该材料性能稳定、价格低廉、原料丰富、制备方便、相变潜热大、无毒、热导率高，使其可以广泛的应用于太阳能低温蓄热系统、家庭日用保温、家用热水储能系统等多个领域。
[0005]为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案:
[0006]—种无机相变储能材料，所述储能材料包括以下组分:储能基体材料94-97份、功能添加剂0.2-1.0份、成核剂2.0-3.5份、表面活性剂0.8-1.5份。
[0007]优选地，所述储能基体材料选自六水氯化钙、六水氯化钙和六水氯化镁的共晶盐、六水氯化钙和四水硝酸钙的共晶盐中的一种。
[0008]优选地，所述功能添加剂为氧化膨胀石墨。所述氧化膨胀石墨可以为普通氧化法制备的氧化膨胀石墨或者改性Hummer法制备的氧化膨胀石墨。
[0009]优选地，所述成核剂为六水氯化锶、碳酸锶和硼砂中的至少一种。
[0010]优选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基磺酸钠。
[0011]本发明还提供了一种无机相变储能材料的制备方法，所述方法包括以下步骤:
[0012]I)按比例称取储能基体材料和成核剂，在密封条件下40?50°C加热搅拌，至完全熔解；
[0013]2)熔解完毕后加入表面活性剂，超声分散形成稳定乳状液；
[0014]3)在稳定乳状液中加入功能添加剂，搅拌得无机相变储能材料。
[0015]优选地，所述储能基体材料选自六水氯化钙、六水氯化钙和六水氯化镁的共晶盐、六水氯化钙和四水硝酸钙的共晶盐中的一种。
[0016]优选地，所述功能添加剂为氧化膨胀石墨。
[0017]优选地，所述成核剂为六水氯化锶、碳酸锶和硼砂中的至少一种。
[0018]优选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基磺酸钠。
[0019]与现有技术比较，本发明优点在于:
[0020]I)本发明在制备过程中加入功能添加剂，在成核剂的基础上可进一步减小或消除其过冷度，同时，还可以提升相变材料的热导率，加快相变材料的热传导。此外，在表面活性剂的相互作用下，可以阻止相变材料的相分离现象，重复性较好，性能稳定，可长期使用，具有广泛的应用前景。
[0021]2)本发明功能添加剂种类较少，所含比例较小，避免了添加剂过多互相影响的问题，保证体系的稳定性。
[0022]3)本发明具有20-29 V的相变温度，过冷度小于2 V，并且具有较高的潜热值，具有优良的热传导性能，同时具有极高的相变稳定性。
[0023]4)本发明原料来源丰富，无毒、无腐蚀、制备方法简单易操作，易于封装。
【具体实施方式】
[0024]下面通过部分实施实例对本发明做进一步阐述，但不能限制本发明的内容。
[0025]实施例1
[0026]I)按比例称取储能基体材料(CaCl2.6H20)95份，成核剂(SrCl2.6H20)3.0份，在密封条件下(40?50 0C)加热搅拌，直至完全熔解；
[0027]2)熔解完毕后向其中加入1.0份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠，SDBS)，超声分散30min，形成稳定乳状液；
[0028]3)在稳定乳状液中加入1.0份功能添加剂(改性Hummer法所制氧化膨胀石墨，EG0)，搅拌30min得无机相变储能材料；
[0029]4)将所得相变储能材料灌入容器中进行封装测试。
[0030]测试结果:
[0031]过冷度为0.6Γ ;
[0032]热导率为1.832W/m.K;
[0033]相变潜热值为174.51J/g。
[0034]实施例2
[0035]I)按比例称取储能基体材料(六水氯化钙和六水氯化镁的共晶盐)94份，成核剂(碳酸锶)3.5份，在密封条件下(40?50 0C)加热搅拌，直至完全熔解；
[0036]2)熔解完毕后向其中加入1.5份表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)，超声分散30min，形成稳定乳状液；
[0037]3)在稳定乳状液中加入1.0份功能添加剂(改性Hummer法所制氧化膨胀石墨，EG0)，搅拌30min得无机相变储能材料；
[0038]4)将所得相变储能材料灌入容器中进行封装测试。
[0039]测试结果:
[0040]过冷度为1.0°C;
[0041 ]热导率为2.017W/m.K;
[0042]相变潜热值为109.76J/g。
[0043]实施例3
[0044]I)按比例称取储能基体材料(六水氯化钙和四水硝酸钙的共晶盐)97份，成核剂(硼砂)2.0份，在密封条件下(40?50 0C)加热搅拌，直至完全熔解；
[0045]2)熔解完毕后向其中加入0.8份表面活性剂(十二烷基磺酸钠)，超声分散30min，形成稳定乳状液；
[0046]3)在稳定乳状液中加入0.2份功能添加剂(普通氧化法所制氧化膨胀石墨，EGO)，搅拌30min得无机相变储能材料；
[0047]4)将所得相变储能材料灌入容器中进行封装测试。
[0048]测试结果:
[0049]过冷度为1.3°C;
[0050]热导率为0.743W/m.K;
[0051 ]相变潜热值为117.42J/g。
[0052]对比例I
[0053]I)按质量比例称取储能基体材料(CaCl2.6H20)96份，成核剂(SrCl2.6H20)3份，在密封条件下(40?50°C)加热搅拌，直至完全熔解；
[0054]2)熔解完毕后向其中加入I份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠，SDBS)，超声分散30min，形成稳定乳状液；
[0055]3)在稳定乳状液中加入1.2份功能添加剂(氧化膨胀石墨，EG0)，搅拌30min得无机相变储能材料；
[0056]4)将所得相变储能材料灌入容器中进行封装测试。
[0057]结果显示，在相应组分不变的情况下，提高功能添加剂(氧化膨胀石墨，EG0)的含量，通过步冷曲线测试可知相变材料的过冷度为3.4°C，过冷度增大，不利于材料的实际应用。表明在该相变储能材料体系中功能添加剂(氧化膨胀石墨，EG0)的含量应控制在0.2?1.0份以内。
[0058]对比例2
[0059]I)按质量比例称取储能基体材料(CaCl2.6H20)96份，成核剂(SrCl2.6H20)3份，在密封条件下(40?50°C)加热搅拌，直至完全熔解；
[0060]2)将上述(I)中所得相变储能材料灌入容器中进行封装测试。
[0061]在储能基体材料和成核剂比例不变的情况下，没有加入功能添加剂(氧化膨胀石墨，EG0)时，通过步冷曲线测试可知相变材料的过冷度为2.8°C，热导率测试为0.314ff/m.K，相变潜热值为158.97J/g。说明功能添加剂(氧化膨胀石墨，EG0)的加入，在一定程度上可以进一步减小相变材料的过冷度，同时还可以提高相变材料的热导率，提高相变材料的储热性能。
[0062]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种无机相变储能材料，其特征在于，所述储能材料包括以下组分:储能基体材料94-97份、功能添加剂0.2-1.0份、成核剂2.0-3.5份、表面活性剂0.8_1.5份。2.根据权利要求1所述的一种无机相变储能材料，其特征在于，所述储能基体材料选自六水氯化钙、六水氯化钙和六水氯化镁的共晶盐、六水氯化钙和四水硝酸钙的共晶盐中的一种。3.根据权利要求1所述的一种无机相变储能材料，其特征在于，所述功能添加剂为氧化膨胀石墨。4.根据权利要求1所述的一种无机相变储能材料，其特征在于，所述成核剂为六水氯化锶、碳酸锶和硼砂中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种无机相变储能材料，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基磺酸钠。6.权利要求1所述的一种无机相变储能材料的制备方法，所述方法包括以下步骤: 1)按比例称取储能基体材料和成核剂，在密封条件下40?50°C加热搅拌，至完全熔解； 2)熔解完毕后加入表面活性剂，超声分散形成稳定乳状液； 3)在稳定乳状液中加入功能添加剂，搅拌得无机相变储能材料。7.根据权利要求6所述的一种无机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述储能基体材料选自六水氯化钙、六水氯化钙和六水氯化镁的共晶盐、六水氯化钙和四水硝酸钙的共晶盐中的一种。8.根据权利要求6所述的一种无机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述功能添加剂为氧化膨胀石墨。9.根据权利要求6所述的一种无机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述成核剂为六水氯化锶、碳酸锶和硼砂中的至少一种。10.根据权利要求6所述的一种无机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基磺酸钠。
【文档编号】C09K5/06GK106047302SQ201610387127
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】李翔, 周园, 董欧阳, 任秀峰, 曾金波, 年洪恩, 申月, 海春喜, 孙艳霞, 张丽娟
【申请人】中国科学院青海盐湖研究所