CN111662686A - 一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膨胀石墨‑二元有机低温纳米相变储能材料及其制备方法和应用，将正十四烷和十二醇有机相变材料经高剪切分散乳化均质机搅拌形成二元有机低温纳米相变储能材料，然后在常温常压下将二元有机低温纳米相变储能材料添加至膨胀石墨中即得复合材料，用导热系数仪测量储能材料的导热系数为2.027‑2.407W/(m·K)；差式扫描量热仪测量储能材料的相变温度为3.8‑4.5℃，相变潜热为201.8‑210.2J/g，膨胀石墨在储能过程中不仅只起到导热作用，且由于膨胀石墨‑二元有机低温纳米相变储能材料的相容性很好，所以几乎没有过冷度，缩短了融化过程和凝固过程。

Description

一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料及其制备方 法和应用
技术领域
本发明涉及复合功能材料技术领域，特别涉及一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料及其制备方法和应用。
背景技术
相变材料技术是以相变储能材料为基础的高新技术，因为它储能密度大且输出的温度和能量相当稳定，所以具有显热储能难以比拟的优点，所以，相变材料的研究越来越广泛，有些相变材料也实现了商品化，但人们对高潜热的相变材料的稳定性和可靠性问题的研究一直没有取得突破性进展，目前，有机相变材料和无机相变材料被广泛应用，无机相变材料具有较高的潜热密度，可供选择的熔点范围也很广，是很有应用前景的相变材料，但在研究和实验过程中，经多次凝固-融化循环后，混合物就出现相分离和过冷现象，从而使相变性能恶化，有机相变材料由于其导热系数低，影响了能量的储放速率，因此限制了其在工业中的应用。
近几年，国内外学者致力于有机相变材料导热系数的提高，采取的方法主要有：
1)向有机相变材料中加入高导热的纳米金属粒子以提高有机相变材料的传热能力，例如纳米铜，纳米二氧化硅及纳米碳管等，黄艳等人往有机相变材料中添加纳米铜，纳米碳管及纳米三氧化二铝，它们的导热系数均有不同程度的提高，其中加入纳米碳管的有机相变材料导热系数最高；
2)将储能材料与纯导热材料进行制备复合相变材料，复合相变过程中导热材料虽然能快速储/释能量，常用的导热材料有金属，泡沫金属等，将储能材料熔融浸入或者在真空条件下浸入到支撑材料的内部，制备成复合相变储能材料。放贵银等人以泡沫铜为基体，来增强相变材料的导热系数。
以上两种方法均大程度提高储能材料的导热性能，但也存在一些不足：添加纳米金属粒子虽然可以增加相变材料的导热系数，储能材料与导热材料密度不一，使用过程中必须添加分散剂使得导热材料充分分散，但随着储能-释能过程循环，分散剂功能会逐步失效，产生储能材料与导热材料因密度不一而分层，导热性能逐步减弱，添加的分散剂也降低了储能密度，减少储能材料相变潜热；而泡沫金属成本较高，且泡沫金属的孔径较大，相变材料在融化过程中，易发生泄漏，导致相变潜热降低，相变材料与金属泡沫无法100％融合，进一步降低了储能密度。
因此，如何提供高性能且长寿命的有机低温纳米相变储能材料及其制备方法是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料及其制备方法，既提高有机储能材料导热性能又减少复合材料储能容量降低，实现有机储能材料导热性能增强、储热容量提升的目的。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
首先，本发明提供了一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)称取膨胀石墨后加入乙二醇，超声处理，然后在恒温水浴槽中加热，最后加入去离子水清洗干净后放入鼓风干燥箱中完全干燥后取出静置自然降至室温；
(2)以摩尔质量为0.737:0.263的比例称取正十四烷与十二醇后加入烧杯中，然后用高剪切分散乳化均质机将二者充分搅拌4min形成二元有机低温纳米相变储能材料；
(3)将步骤(2)制得的二元有机低温纳米相变储能材料在常温常压下滴加至步骤(1)处理后的膨胀石墨中形成膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料。
优选的，膨胀石墨与二元有机低温纳米相变储能材料的质量比为(0.6:19.4)-(1.4:18.6)。
优选的，所述步骤(1)中的超声功率为45HZ，超声处理时间为30min。
优选的，所述步骤(1)中恒温水浴槽温度为68-72℃，加热时间1-1.5h。
优选的，所述步骤(1)中干燥温度为110℃-130℃。
优选的，所述步骤(2)中高剪切分散乳化均质机的转速为10000-12000r/min。
本发明还提供了一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料，由上述方案的制备方法制得。
本发明还限定上述的膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的应用，将其应用于3.8-4.5℃的低温领域的冷量存储。
经由上述技术方案，与现有技术相比，本发明提供了一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料及其制备方法，因膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料具有较好的相容性，所以膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料经过多次的冷凝-融化循环后，不会出现相分离，并且有机物的过冷度较小，缩短了冷凝-融化的时间，不仅具有高的导热性，还具有较大的储能密度及相变潜热，而且在融化过程中不容易泄露，利用导热系数仪测得二元有机低温纳米相变储能材料的导热系数为0.219W/(m·K)，膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的导热系数为2.027-2.407W/(m·K)，差示扫描量热仪测量膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的相变温度为3.8-4.5℃，相变潜热为201.8-210.2J/g，经过多次凝固-融化，相变温度的相变温度和相变潜热基本不变。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)称取0.6g膨胀石墨后加入乙二醇没过膨胀石墨，以45HZ的功率超声处理30min，然后在70℃恒温水浴槽中加热1h，最后加入去离子水清洗干净后放入鼓风干燥箱中110℃下完全干燥后取出静置自然降至室温；
(2)称取19.4g正十四烷与十二醇，其中正十四烷与十二醇的摩尔质量为0.737:0.263，加入烧杯中，然后用高剪切分散乳化均质机将二者在10000r/min的条件下充分搅拌4min形成二元有机低温纳米相变储能材料；
(3)将步骤(2)制得的二元有机低温纳米相变储能材料在常温常压下滴加至步骤(1)处理后的膨胀石墨中形成膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料。
采用导热系数仪测量步骤(3)制取的样品的导热系数为2.027W/(m·K)，用差示扫描量热仪测量步骤(3)制取的样品的相变温度为3.8℃，相变潜热为210.2J/g。
实施例2
(1)称取1.0g膨胀石墨后加入乙二醇没过膨胀石墨，以45HZ的功率超声处理30min，然后在70℃恒温水浴槽中加热1h，最后加入去离子水清洗干净后放入鼓风干燥箱中120℃下完全干燥后取出静置自然降至室温；
(2)称取19.0g正十四烷与十二醇，其中正十四烷与十二醇的摩尔质量为0.737:0.263，加入烧杯中，然后用高剪切分散乳化均质机将二者在11000r/min的条件下充分搅拌4min形成二元有机低温纳米相变储能材料；
(3)将步骤(2)制得的二元有机低温纳米相变储能材料在常温常压下滴加至步骤(1)处理后的膨胀石墨中形成膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料。
采用导热系数仪测量步骤(3)制取的样品的导热系数为2.208/(m·K)，用差示扫描量热仪测量步骤(3)制取的样品的相变温度为4.1℃，相变潜热为205.9J/g。
实施例3
(1)称取1.4g膨胀石墨后加入乙二醇没过膨胀石墨，以45HZ的功率超声处理30min，然后在70℃恒温水浴槽中加热1h，最后加入去离子水清洗干净后放入鼓风干燥箱中130℃下完全干燥后取出静置自然降至室温；
(2)称取18.6g正十四烷与十二醇，其中正十四烷与十二醇的摩尔质量为0.737:0.263，加入烧杯中，然后用高剪切分散乳化均质机将二者在12000r/min的条件下充分搅拌4min形成二元有机低温纳米相变储能材料；
(3)将步骤(2)制得的二元有机低温纳米相变储能材料在常温常压下滴加至步骤(1)处理后的膨胀石墨中形成膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料。
采用导热系数仪测量步骤(3)制取的样品的导热系数为2.407W/(m·K)，差示扫描量热仪测量步骤(3)制取的样品的相变温度为4.5℃，相变潜热为201.8J/g
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)称取膨胀石墨后加入乙二醇，超声处理，然后在恒温水浴槽中加热，最后加入去离子水清洗干净后放入鼓风干燥箱中完全干燥后取出静置自然降至室温；
(2)以摩尔质量为0.737:0.263的比例称取正十四烷与十二醇后加入烧杯中，然后用高剪切分散乳化均质机将二者充分搅拌4min形成二元有机低温纳米相变储能材料；
(3)将步骤(2)制得的二元有机低温纳米相变储能材料在常温常压下滴加至步骤(1)处理后的膨胀石墨中形成膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的制备方法，其特征在于，膨胀石墨与二元有机低温纳米相变储能材料的质量比为(0.6:19.4)-(1.4:18.6)。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的超声功率为45HZ，超声处理时间为30min。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中恒温水浴槽温度为68-72℃，加热时间1-1.5h。
5.根据权利要求1所述的一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中干燥温度为110℃-130℃。
6.根据权利要求1所述的一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高剪切分散乳化均质机的转速为10000-12000r/min。
7.一种权利要求1-6任一项所述的膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料。
8.一种膨胀石墨-二元有机低温纳米相变储能材料的应用，其特征在于，应用于3.8-4.5℃的低温领域的冷量存储。
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