CN107828382A - 一种复合固‑固相变储热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相变储热材料，具体公开了一种复合固‑固相变储热材料及其制备方法。该相变储热材料由以下重量份数的组分制备得到：Ba(OH)₂·8H₂O 90～95份、膨胀石墨5～8份、KH₂PO₄ 1～2份。该材料各组分配比科学合理，其无机相变温度在78～80℃之间，相变潜热在230～270kJ/kg之间，能够有效克服单一相变材料存在的低导热、泄露、相分离和过冷等缺点；材料热稳定性和长期稳定性能良好。该相变储热材料与纯物质相比，可缩短储热时间42.6～45.5％，缩短放热时间52.4～55.1％，且相变过程中无液态产生。

Description

一种复合固-固相变储热材料及其制备方法

技术领域

本发明属于能源技术领域，涉及一种相变储热材料，具体涉及一种复合固-固相变储热材料及其制备方法。

背景技术

由于能源价格的上涨，化石能源枯竭的风险，开发可再生资源及加强余热的回收利用势在必行，然而这类资源大多能流密度低而且不稳定，比如太阳能、风能。因此，必需进行能量的存储，把暂时不用的能源存储起来，待需要时在释放出来。各种储能方式：显热储能、化学储能和相变储能等也应运而生。其中，相变储能以其储能密度较高、经济适用、温度恒定等优点，备受研究青睐。

相变储能材料是相变储能的核心，相变储能材料可分为有机相变储能材料和无机相变储能材料：有机相变储能材料导热率低，储/放热功率小，相变积变化大等问题。无机相变储能材料具有热导率高，相变潜热较大，材料易得，价格低廉等优点，其主要包括熔融盐类﹑无机水合盐类、金属及其合金类。

其中最典型的是无机水合盐类，它具有较大的相变潜热和较高的体储热密度及固定的熔点，代表性物质有：六水氯化钙(CaCl₂·6H₂O)、十水硫酸钠(Na₂SO₄·10H₂O)、十二水磷酸氢二钠(Na₂HPO₄·H2O)、三水乙酸钠(CH₃COONa·3H₂O)等。结晶水合盐类一般为中性，具有价格便宜、相变潜热大、材料易得、导热系数大等优点，是中﹑低温相变材料的重要一类。但它们存在低导热、泄露、相分离和过冷等缺点，且材料的相变温区范围较大、热稳定性和长期热稳定性较差，故需要提供一种新型复合固-固相变储热材料，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种复合固-固相变储热材料，该复合固-固相变储热材料由以下重量份数的组分制备得到：Ba(OH)₂·8H₂O 90～95份、膨胀石墨5～8份、KH₂PO₄ 1～2份。

优选的，上述复合固-固相变储热材料由以下重量份数的组分制备得到：Ba(OH)₂·8H₂O 93份、膨胀石墨6份、KH₂PO₄ 1份。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述复合固-固相变储热材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将膨胀石墨、Ba(OH)₂·8H₂O和KH₂PO₄按照重量配比称量、混合均匀，得到混合物，将混合物装入反应容器中；

(2)向上述反应容器中加入蒸馏水，反应过程中持续抽真空，于83～86℃温度下搅拌吸附3～4h，吸附完成后，倒出反应产物，自然冷却后得到终产品。

其中，上述复合固-固相变储热材料的制备方法，步骤(2)中，所述蒸馏水的添加量为膨胀石墨重量的1.5～1.8倍。

其中，上述复合固-固相变储热材料的制备方法，步骤(2)中，在吸附过程中，每隔半小时剧烈摇晃反应容器40～50s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的复合固-固相变储热材料各组分配比科学合理，其无机相变温区窄，在78～80℃之间，相变潜热在230～270kJ/kg之间，能够有效克服单一相变材料存在的低导热、泄露、相分离和过冷等缺点；材料热稳定性和长期稳定性能良好。该相变储热材料与纯物质相比，可缩短储热时间42.6～45.5％，缩短放热时间52.4～55.1％，且相变过程中无液态产生。

具体实施方式

本发明提供了一种复合固-固相变储热材料，该复合固-固相变储热材料由以下重量份数的组分制备得到：Ba(OH)₂·8H₂O 90～95份、膨胀石墨5～8份、KH₂PO₄ 1～2份。

优选的，上述复合固-固相变储热材料由以下重量份数的组分制备得到：Ba(OH)₂·8H₂O 93份、膨胀石墨6份、KH₂PO₄ 1份。

进一步的，本发明还提供了上述复合固-固相变储热材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将膨胀石墨、Ba(OH)₂·8H₂O和KH₂PO₄按照重量配比称量、混合均匀，得到混合物，将混合物装入反应容器中；

(2)向上述反应容器中加入为膨胀石墨重量1.5～1.8倍的蒸馏水，反应过程中持续抽真空，于83～86℃温度下搅拌吸附3～4h，吸附过程中每隔半小时剧烈摇晃反应容器40～50s；吸附完成后，倒出反应产物，自然冷却后得到终产品。

本发明以膨胀石墨作为防相分离材料，同时还可减小相变过程中的体积变化，提高相变材料的导热性能；以KH₂PO₄作为成核剂，减小过冷度的作用。该复合固-固相变储热材料的无机相变温区窄，在78～80℃之间，相变潜热在230～270kJ/kg之间，且能够克服单一相变材料存在的低导热、泄露、相分离和过冷等缺点；材料热稳定性和长期稳定性能良好。该相变储热材料与纯物质相比，可缩短储热时间42.6～45.5％，缩短放热时间52.4～55.1％，且相变过程中无液态产生。

以下结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明，但并不因此限制本发明的保护范围。

实施例1

复合固-固相变储热材料由以下方法制备得到，该方法包括以下步骤：

(1)将膨胀石墨6g、Ba(OH)₂·8H₂O 93g和KH₂PO₄ 1g称量、混合均匀，得到混合物，将混合物装入反应容器中；

(2)向上述反应容器中加入为膨胀石墨重量1.5倍的蒸馏水，反应过程中持续抽真空，于85℃温度下搅拌吸附3h，吸附过程中每隔半小时剧烈摇晃反应容器45s；吸附完成后，倒出反应产物，自然冷却后得到终产品。

经测试，本实施例得到的复合固-固相变储热材料相变温度为79.4℃，相变潜热为267kJ/kg；与纯物质相比，该复合固-固相变储热材料的储热时间可缩短45.1％，放热时间可缩短54.5％。

实施例2

复合固-固相变储热材料由以下方法制备得到，该方法包括以下步骤：

(1)将膨胀石墨5g、Ba(OH)₂·8H₂O 94g和KH₂PO₄ 1g称量、混合均匀，得到混合物，将混合物装入反应容器中；

(2)向上述反应容器中加入为膨胀石墨重量1.6倍的蒸馏水，反应过程中持续抽真空，于84℃温度下搅拌吸附3.5h，吸附过程中每隔半小时剧烈摇晃反应容器50s；吸附完成后，倒出反应产物，自然冷却后得到终产品。

经测试，本实施例得到的复合固-固相变储热材料相变温度为78.1℃，相变潜热为253kJ/kg；与纯物质相比，该复合固-固相变储热材料的储热时间可缩短43.5％，放热时间可缩短53.7％。

实施例3

复合固-固相变储热材料由以下方法制备得到，该方法包括以下步骤：

(1)将膨胀石墨7g、Ba(OH)₂·8H₂O 91g和KH₂PO₄ 2g称量、混合均匀，得到混合物，将混合物装入反应容器中；

(2)向上述反应容器中加入为膨胀石墨重量1.5倍的蒸馏水，反应过程中持续抽真空，于86℃温度下搅拌吸附3h，吸附过程中每隔半小时剧烈摇晃反应容器40s；吸附完成后，倒出反应产物，自然冷却后得到终产品。

经测试，本实施例得到的复合固-固相变储热材料相变温度为78.7℃，相变潜热为238kJ/kg；与纯物质相比，该复合固-固相变储热材料的储热时间可缩短44.2％，放热时间可缩短53.4％。

Claims (5)

1.复合固-固相变储热材料，其特征在于，该复合固-固相变储热材料由以下重量份数的组分制备得到：Ba(OH)₂·8H₂O 90～95份、膨胀石墨5～8份、KH₂PO₄ 1～2份。

2.根据权利要求1所述的复合固-固相变储热材料，其特征在于，该复合固-固相变储热材料由以下重量份数的组分制备得到：Ba(OH)₂·8H₂O 93份、膨胀石墨6份、KH₂PO₄ 1份。

3.权利要求1或2所述复合固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将膨胀石墨、Ba(OH)₂·8H₂O和KH₂PO₄按照重量配比称量、混合均匀，得到混合物，将混合物装入反应容器中；

(2)向上述反应容器中加入蒸馏水，反应过程中持续抽真空，于83～86℃温度下搅拌吸附3～4h，吸附完成后，倒出反应产物，自然冷却后得到终产品。

4.根据权利要求3所述复合固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述蒸馏水的添加量为膨胀石墨重量的1.5～1.8倍。

5.根据权利要求3或4所述复合固-固相变储热材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在吸附过程中，每隔半小时剧烈摇晃反应容器40～50s。