一种块体气凝胶相变复合材料、其制备方法及应用技术

技术编号:22154138 阅读:24 留言:0更新日期:2019-09-21 05:53
本发明专利技术实施例涉及纳米复合相变材料领域,具体涉及一种体气凝胶相变复合材料、其制备方法及应用。本发明专利技术提供的块体气凝胶相变复合材料的制备方法,以制得的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶为载体,在制备块体气凝胶时即加入相变芯材,气凝胶的制备和相变芯材的封装同时进行,一步即得,简单、快速;制得的块体气凝胶相变复合材料,为一种新型相变材料,具有良好的热性能及稳定性,还具有一定的隔热性能,控温范围恒定,且可有效解决芯材泄露、相分离和腐蚀等问题,实现热能储存和温度调控的一体化;其可用于电动汽车电池系统,有效吸收电动汽车使用过程中产生的大量热量,满足冬季车内供暖需求。

Block aerogel phase change composite material, preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种块体气凝胶相变复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及纳米复合相变材料领域,具体涉及一种块体气凝胶相变复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
随着能源短缺及环境污染等问题日益加剧,近年来,环保节能型纯电动汽车受人们广泛关注,使用越来越多。蓄电池作为电动汽车的动力来源,一方面,由于电动汽车工作原理的限制,冬季没有发动机的循环冷却液来供热,只能依靠电加热进行车内供暖,空调系统的高电能耗导致电动汽车续航能力大幅度降低;另一方面,由于蓄电池高强度放电会源源不断地产生大量的热量,产生的热量直接影响电池的性能、寿命、耐久性。因此,研究锂电池的热管理及热利用以保证电池的正常工作是十分重要的。相变材料能够在相变过程中吸收或释放大量潜热,在能量存储方面有着重要的应用。选用一种储能密度大,质量轻,热稳定性高的相变材料用于动力电池热管理系统回收余热并进行存储,能够保证电池在正常的工作温度条件下工作,同时在需要热量的时候可以释放热量用于冬季车内供暖,以减少空调系统电能消耗维持汽车续航里程。但尚未有能够很好地满足动力电池热管理系统要求的相变材料。此外,现有相变材料的制备方法,为两步法,即先制得载体材料,再用载体吸附相变芯材,从而制得相变材料,步骤繁琐不可控。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
专利技术目的为解决上述技术问题,本专利技术的目的在于提供一种块体气凝胶、块体气凝胶相变复合材料、其制备方法及应用。本专利技术提供的块体气凝胶的制备方法,以对苯二甲醛和有机硅烷单体为原料合成桥联聚倍半硅氧烷前驱体,经溶剂热法及干燥即可得到桥联聚倍半硅氧烷气凝胶,即块体气凝胶;制得的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶呈块状、多孔结构,可用做相变材料的载体封装相变芯材,且对相变芯材的封装量大。本专利技术提供的块体气凝胶相变复合材料的制备方法,以所述块体气凝胶为载体材料,在制备块体气凝胶的起始阶段即加入相变芯材,气凝胶的制备和相变芯材的封装同时进行,一步即得,制备方法简单、快速。本专利技术提供的块体气凝胶相变复合材料的制备方法制得的块体气凝胶相变复合材料,为一种新型相变材料,具有良好的热性能及稳定性,还具有一定的隔热性能,控温范围恒定,且可有效解决芯材泄露、相分离和腐蚀等问题,实现热能储存和温度调控的一体化。本专利技术的制备方法制得的块体气凝胶相变复合材料可用于电动汽车电池系统,可有效吸收电动汽车使用过程中产生的大量热量,满足冬季车内供暖需求,解决空调系统高电能耗导致续航里程减少的问题。解决方案为实现本专利技术目的,本专利技术实施例提供了一种块体气凝胶的制备方法,所述制备方法包括:向溶剂中加入对苯二甲醛和有机硅烷单体;溶剂热法得到凝胶材料;干燥,得到桥联聚倍半硅氧烷气凝胶,即块体气凝胶。上述块体气凝胶的制备方法在一种可能的实现方式中,所述制备方法包括:向溶剂中加入对苯二甲醛、有机硅烷单体和硅烷共前驱体。上述块体气凝胶的制备方法在一种可能的实现方式中,溶剂热法反应温度为100-150℃,可选地为120℃;反应时间为20-28h。上述块体气凝胶的制备方法在一种可能的实现方式中,干燥温度为70-80℃;干燥时间为40-48h。上述块体气凝胶的制备方法在一种可能的实现方式中,对苯二甲醛和有机硅烷单体的摩尔比为1:1.8-2.3。上述块体气凝胶的制备方法在一种可能的实现方式中,有机硅烷单体包括:3-氨基丙基三乙氧基硅烷(CAS号为919-30-2)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(CAS号为13822-56-5)、(3-氨基丙基)-二乙氧基甲基硅烷(CAS号为3179-76-8)、(3-氨基丙基)二甲基乙氧基硅烷(CAS号为18306-79-1)中的至少一种。上述块体气凝胶的制备方法在一种可能的实现方式中,硅烷共前驱体包括甲基三甲氧基硅烷(CAS号为1185-55-3)、四乙氧基硅烷(CAS号为78-10-4)、甲基三乙氧基硅烷(CAS号为2031-67-6)、三甲氧基丙基硅烷(CAS号为1067-25-0)、甲氧基三甲基硅烷(CAS号为1825-61-2)中的至少一种。本专利技术实施例还提供了上述块体气凝胶的制备方法制得的块体气凝胶。本专利技术实施例还提供了一种块体气凝胶相变复合材料的制备方法,所述制备方法包括:向溶剂中加入相变芯材、对苯二甲醛和有机硅烷单体;溶剂热法得到凝胶材料;干燥,得到块体气凝胶相变复合材料。其中,有机硅烷单体包括有机桥联基团和功能化的甲基硅烷。对苯二甲醛中的两个醛基基团,可与有机硅烷单体中的氨基基团反应,合成桥联聚倍半硅氧烷前驱体,经溶剂热法及干燥后,即可得到块状多孔的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶。此外,在制备桥联聚倍半硅氧烷气凝胶时即加入相变芯材,可实现气凝胶的制备和相变芯材的封装一步完成,得到的块体气凝胶相变复合材料为封装了相变芯材的块状多孔的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,所述制备方法包括:向溶剂中加入相变芯材、对苯二甲醛、有机硅烷单体和硅烷共前驱体。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,所述制备方法包括:干燥温度高于相变芯材的相变温度。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,溶剂为乙醇。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,所述制备方法包括下述步骤:将对苯二甲醛和相变芯材溶于乙醇,超声;然后加入有机硅烷单体,超声;再加入去离子水,超声分散,转移到反应釜内;将反应釜置于烘箱中反应,得到凝胶材料;将反应釜内胆取出放入烘箱中干燥,得到块体气凝胶相变复合材料;其中,干燥温度高于相变芯材的相变温度;可选地,除有机硅烷单体外还加入硅烷共前驱体。加入去离子水的作用是促进硅烷的水解。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,各步超声时的功率为400-700W,可选地为600W;超声时间为5-25min。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,将反应釜置于烘箱中反应时,烘箱温度为100-150℃,可选地为120℃;反应时间为20-28h。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,将反应釜内胆取出放入烘箱中干燥时,干燥温度为70-80℃;干燥时间为40-48h。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,对苯二甲醛和有机硅烷单体的摩尔比为1:1.8-2.3。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,相变芯材和气凝胶载体的质量比为1-100:1-100;可选地为20-70:100;进一步可选地为50-70:100。其中,气凝胶载体指的是其余步骤均相同,但不加入相变芯材制得的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,硅烷共前驱体和有机硅烷单体的摩尔比为1-2:1;可选地为1:1或2:1。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,乙醇的加入量为5-15mL;可选地为7-10mL;进一步可选地为7.5-8mL。上述块体气凝胶相变复合材料的制备方法在一种可能的实现方式中,有机硅烷单体包括:3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种块体气凝胶相变复合材料的制备方法,所述制备方法包括:向溶剂中加入相变芯材、对苯二甲醛和有机硅烷单体;溶剂热法得到凝胶材料;干燥,得到块体气凝胶相变复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种块体气凝胶相变复合材料的制备方法,所述制备方法包括:向溶剂中加入相变芯材、对苯二甲醛和有机硅烷单体;溶剂热法得到凝胶材料;干燥,得到块体气凝胶相变复合材料。2.根据权利要求1所述的块体气凝胶相变复合材料的制备方法,其特征在于,向溶剂中加入相变芯材、对苯二甲醛、有机硅烷单体和硅烷共前驱体。3.根据权利要求2所述的块体气凝胶相变复合材料的制备方法,其特征在于,硅烷共前驱体和有机硅烷单体的摩尔比为1-2:1;和/或,硅烷共前驱体包括甲基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲氧基丙基硅烷、甲氧基三甲基硅烷中的至少一种。4.根据权利要求1所述的块体气凝胶相变复合材料的制备方法,其特征在于,相变芯材和气凝胶载体的质量比为1-100:1-100;可选地为20-70:100;进一步可选地为50-70:100。5.根据权利要求1所述的块体气凝胶相变复合材料的制备方法,其特征在于,干燥温度高于相变芯材的相变温度;和/或,溶剂为乙醇;和/或,对苯二甲醛和有机硅烷单体的摩尔比为1:1.8-2.3。6.根据权利要求1所述的块体气凝胶相变复合材料的制备方法,其特征在于,有机硅烷单体包括:3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、(3-氨基丙基)-二乙氧基甲基硅烷、(3-氨基丙基)二甲基乙氧基硅烷中的至少一种;和/或,相变芯材包括:多元醇类、脂肪酸类、石蜡类中的至少一种;...

【专利技术属性】
技术研发人员:王戈刘盼盼高鸿毅董文钧高志猛陈晓李昂
申请(专利权)人:苏州阿德旺斯新材料有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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