低温复合相变储能材料及其制备方法与流程

2021-02-02 18:02:36|

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本发明专利涉及一种相变储能材料及其制备方法，特别涉及一种复合相变储能材料及其制备方法，属于复合相变储能材料技术领域。

背景技术：

随着全球化石能源的逐渐减少，提高能源的利用率以及研发可持续能源受到越来越多的关注。相变储能是利用材料在相变过程中存储或释放能量，实现能量空间、时间上的转移，来提高能源的利用率。相变材料种类繁多，可分为有机相变材料、无机相变材料、复合相变材料等。有机相变材料主要是脂肪酸类、醇类、石蜡类等，具有稳定性好、无过冷及相分离现象等优点，但是存在导热系数小、密度小、易挥发、易燃、易氧化和老化等缺点。无机相变材料常见的是水合盐类，具有种类繁多、相变潜热高、导热系数较大、储热密度大、价格低廉等优点。但大部分水合盐具有过冷度较大、相分离严重等缺点，严重影响了其储热的稳定性，限制了其实际应用。因此，以二元共晶盐作为相变储能材料的主体材料，选择合适的成核剂来降低过冷度，再添加合适的增稠剂来解决相分离问题，制备一种新型复合相变储能材料，以适应低温储能系统的要求，为储能材料的研究与开发提供了新的途径，这成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种低温复合相变储能材料及其制备方法，为一种以二元共晶盐为基体的低温复合相变储能材料，克服了水合盐类相变储能材料过冷度较大、相分离严重等缺陷，还具有导热系数高、密度较大、不易挥发、阻燃、抗氧化和抗老化的优点，成本低，应用广泛。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温复合相变储能材料，以三水合醋酸钠和五水合硫代硫酸钠的共晶盐为基体材料，以十水合焦磷酸钠为成核剂，以聚乙烯醇或者羟丙基甲基纤维素为增稠剂，所述低温复合相变储能材料组成组分及组分的质量分数如下：

作为本发明优选的技术方案，低温复合相变储能材料组成组分及组分的质量分数如下：

作为本发明优选的技术方案，低温复合相变储能材料相变焓值为：190～200j/g，相变温度为40～43℃，过冷度小于3.9℃。

一种本发明低温复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、原料准备：

以三水合醋酸钠和五水合硫代硫酸钠的共晶盐为基体材料，以十水合焦磷酸钠为成核剂，以聚乙烯醇或者羟丙基甲基纤维素为增稠剂，按照制备目标权利要求1所述低温复合相变储能材料的组分比例，取各种原料，分别研磨成粉末原料，备用；

步骤2、基体材料二元共晶盐制备：

将在所述步骤1中取用原料中的三水合醋酸钠、五水合硫代硫酸钠放入反应容器中，将容器密封，置于不低于70℃的水浴装置中进行加热，使原料组分完全熔化成为液体，恒温搅拌至少1h后，在室温条件下冷却，得到二元共晶盐；

步骤3、低温复合相变储能材料制备：

将在所述步骤1中取用原料中的十水合焦磷酸钠、在所述步骤1中取用原料中的聚乙烯醇或羟丙基甲基纤维素加入到在所述步骤2中所制得的二元共晶盐中，将容器密封，置于不低于50℃的水浴装置中进行加热，使各组分完全熔化成为液体，恒温搅拌至少0.5h后，在室温条件下冷却，从而得到低温复合相变储能材料。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤2或步骤3中，在室温条件下冷却的室温为20～25℃。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.与传统的单一水合盐相变材料相比，本发明低温复合相变储能材料以二元共晶盐为基体材料，该材料具有较高的相变潜热；因本发明所采用的成核剂与水合盐具有相似的晶格结构，能有效促进水合盐的结晶，使复合相变材料具有较小的过冷度；因本发明所加增稠剂是水溶性聚合物，具有极强的增稠和保水性能，在体系中以大分子链的形式存在，有效吸附水合盐相变释放出的结晶水，避免因固、液相分层而影响盐与水的相变结合；本发明低温复合相变储能材料经过800次的储/放热循环，其相变潜热、相变温度的下降幅度并不大，具有更强的相变循环稳定性；

2.本发明制备工艺简单高效，原料廉价易得，具备较好的经济效益和广阔的应用前景，可广泛应用在相变储能材料领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例一：

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，一种低温复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：

a.基体材料二元共晶盐制备：

称取三水合醋酸钠14g、五水合硫代硫酸钠36g，分别研磨成粉末原料，再放入250ml烧杯中，将其密封，置于70℃的水浴锅中进行加热，使各原料组分完全熔化成为液体，恒温搅拌1h后，于20～25℃的室温下冷却，即可得到三水合醋酸钠与五水合硫代硫酸钠的二元共晶盐；

b.低温复合相变储能材料制备：

称取十水合焦磷酸钠0.5g、聚乙烯醇0.5g，分别研磨成粉末原料，再加入到在所述步骤a中制备的二元共晶盐中，将其密封，置于50℃水浴锅中加热，使各加入的原料组分完全熔化成为液体，恒温搅拌0.5h后，于20～25℃的室温下冷却，得到以三水合醋酸钠与五水合硫代硫酸钠的二元共晶盐为基体材料、以十水合焦磷酸钠为成核剂、以聚乙烯醇为增稠剂的低温复合相变储能材料。

实验测试分析：

将本实施例制备的低温复合相变储能材料作为样品，进行性能测试分析，经实验，本实施例所制得的复合相变储能材料的相变焓值为200j/g，相变温度为43℃，过冷度为1.99℃。本实施例低温复合相变储能材料以二元共晶盐为基体材料，该材料具有较高的相变潜热；因本实施例所采用的成核剂与水合盐具有相似的晶格结构，能有效促进水合盐的结晶，使复合相变材料具有较小的过冷度；因本实施例所加增稠剂是水溶性聚合物，具有极强的增稠和保水性能，在体系中以大分子链的形式存在，有效吸附水合盐相变释放出的结晶水，避免因固、液相分层而影响盐与水的相变结合；本实施例低温复合相变储能材料经过800次的储/放热循环，其相变潜热、相变温度的下降幅度并不大，具有更强的相变循环稳定性。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种低温复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：

a.基体材料二元共晶盐制备：

b.低温复合相变储能材料制备：

称取十水合焦磷酸钠1g、聚乙烯醇0.5g，分别研磨成粉末原料，再加入到在所述步骤a中制备的二元共晶盐中，将其密封，置于50℃水浴锅中加热，使各加入的原料组分完全熔化成为液体，恒温搅拌0.5h后，于20～25℃的室温下冷却，得到以三水合醋酸钠与五水合硫代硫酸钠的二元共晶盐为基体材料、以十水合焦磷酸钠为成核剂、以聚乙烯醇为增稠剂的低温复合相变储能材料。

实验测试分析：

将本实施例制备的低温复合相变储能材料作为样品，进行性能测试分析，经实验，本实施例所制得的复合相变储能材料的相变焓值为198.8j/g，相变温度为43℃，过冷度为2.40℃。本实施例低温复合相变储能材料经过800次的储/放热循环，其相变潜热、相变温度的下降幅度并不大，具有更强的相变循环稳定性。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种低温复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：

a.基体材料二元共晶盐制备：

b.低温复合相变储能材料制备：

称取十水合焦磷酸钠0.5g、羟丙基甲基纤维素1g，分别研磨成粉末原料，再加入到在所述步骤a中制备的二元共晶盐中，将其密封，置于50℃水浴锅中加热，使各加入的原料组分完全熔化成为液体，恒温搅拌0.5h后，于20～25℃的室温下冷却，得到以三水合醋酸钠与五水合硫代硫酸钠的二元共晶盐为基体材料、以十水合焦磷酸钠为成核剂、以聚乙烯醇为增稠剂的低温复合相变储能材料。

实验测试分析：

将本实施例制备的低温复合相变储能材料作为样品，进行性能测试分析，经实验，本实施例所制得的复合相变储能材料的相变焓值为192.4j/g，相变温度为42.67℃，过冷度为3.89℃。因本实施例所加增稠剂是水溶性聚合物，采用羟丙基甲基纤维素，聚乙烯醇可用羟丙基甲基纤维素代替，具有很强的增稠和保水性能，在体系中以大分子链的形式存在，有效吸附水合盐相变释放出的结晶水，避免因固、液相分层而影响盐与水的相变结合；本实施例低温复合相变储能材料经过800次的储/放热循环，其相变潜热、相变温度的下降幅度并不大，具有更强的相变循环稳定性。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种低温复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：

a.基体材料二元共晶盐制备：

b.低温复合相变储能材料制备：

称取十水合焦磷酸钠1g、羟丙基甲基纤维素2.5g，分别研磨成粉末原料，再加入到在所述步骤a中制备的二元共晶盐中，将其密封，置于50℃水浴锅中加热，使各加入的原料组分完全熔化成为液体，恒温搅拌0.5h后，于20～25℃的室温下冷却，得到以三水合醋酸钠与五水合硫代硫酸钠的二元共晶盐为基体材料、以十水合焦磷酸钠为成核剂、以聚乙烯醇为增稠剂的低温复合相变储能材料。

实验测试分析：

将本实施例制备的低温复合相变储能材料作为样品，进行性能测试分析，经实验，本实施例所制得的复合相变储能材料的相变焓值为190.7j/g，相变温度为43℃，过冷度为2.87℃。因本实施例所加增稠剂是水溶性聚合物，采用羟丙基甲基纤维素，聚乙烯醇可用羟丙基甲基纤维素代替，具有很强的增稠和保水性能，在体系中以大分子链的形式存在，有效吸附水合盐相变释放出的结晶水，避免因固、液相分层而影响盐与水的相变结合；本实施例低温复合相变储能材料经过800次的储/放热循环，其相变潜热、相变温度的下降幅度并不大，具有更强的相变循环稳定性。

综合上述实施例可知，上述实施例针对水合盐类相变储能材料过冷度较大、相分离严重等缺陷，提供一种克服其缺陷的低温复合相变储能材料及其制备方法，涉及一种以二元共晶盐为基体的低温复合相变储能材料的制备方法，属于热储能材料制备工艺技术领域。上述实施例以三水合醋酸钠与五水合硫代硫酸钠的共晶盐为基体材料，十水合焦磷酸钠为成核剂，聚乙烯醇或羟丙基甲基纤维素为增稠剂，经过研磨、熔融、搅拌等制备工艺，制成低温复合相变储能材料。上述实施例制备的材料具有较小过冷度、无相分离现象、相变潜热大、储放热循环稳定性高的优点。在储热式地板采暖、废热、余热及太阳能的利用等领域，有着广泛的应用前景。

上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

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