具有光热转换性能的相变储能材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有光热转换性能的相变储能材料及其制备方法，该具有光热转换性能的相变储能材料包括两种类型：内芯和/或外壳含有光热转换材料的相变储能材料I；含有光热转换材料的复合定型相变储能材料II。本发明专利技术提供的相变储能材料具有良好的光热转换性能，能将太阳能转化为热能存储于相变储能材料中，可应用于太阳能利用、工业余热回收、建筑节能、供暖空调、航空航天和纺织纤维等领域。

【技术实现步骤摘要】
具有光热转换性能的相变储能材料及其制备方法
本专利技术属于相变储能材料
，具体涉及一种具有光热转换性能的相变储能材料及其制备方法。
技术介绍
当今社会能源短缺问题日益严重，能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾逐渐激化，同时化石燃料的大量消耗导致全球气候变暖和生态环境不断恶化，节能和发展可再生能源成为当前人们关注的热点。储能技术(ThermalEnergyStorage)是解决能源短缺以及时间、空间分布不均等问题的一个行之有效的方法，是提高能源利用率和保护环境的有效手段。能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学能和热能储存等。自20世纪70年代石油危机后，热能储存技术在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。热能储存又包括显热储存和潜热(相变热)储存。其中，显热储存是利用材料所固有的热容进行的，潜热储存，或称相变储能，是利用被称为相变材料的物质在物态变化(固-液，固-固或气-液)时，吸收或放出大量潜热而进行的。由于相变材料(PhaseChangeMaterial，PCM)具有绿色环保、价格便宜、可循环的优点，对其储热性能的研究受到各工业发达国家的普遍重视。业界对相变材料的研究大多基于导热性能的提高。传统的相变材料在实际应用中具有体积难以控制，导热系数低、易泄露，易腐蚀等缺点，大大束缚了其在实际中的应用。因此，当前人们的研究热点在于对相变材料进行封装，并提高相变材料的导热系数。目前的封装材料有有机材料和无机材料，有机材料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等，无机材料有二氧化硅、膨胀石墨、石膏、膨胀粘土、膨胀珍珠岩、多孔混凝土等。相比有机材料，无机材料具有导热系数高、不易燃的优点，在实际应用中更具优势。除了对传统的无机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研究外，近年来，对新相变储能材料的研制，存在从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观到纳米/微胶囊化的趋势。定形相变材料、相变材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、太阳能等领域的应用成为研究的热点。基于当前突出的能源严重短缺和环境污染问题，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁环保的可再生能源，具有巨大的潜在利用价值，日益引起世界的广泛关注。然而，太阳能辐射存在能量密度低以及受气候和季节影响大的缺点，使其直接利用受到限制。利用光热转换材料吸收太阳能可以实现太阳能的高效利用。利用太阳能加热相变材料，使其吸收能量发生相变，把太阳能贮存起来，没有太阳时，又通过相变过程释放出热能进行利用，可以解决太阳能辐射受气候和季节影响大的问题。因此，将光热转换材料与相变材料相结合，使太阳能转化为热能并储存起来的技术无疑是一种解决目前能源短缺和浪费的有效手段，对高效利用太阳能和解决能源短缺问题具有重要意义。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供具有光热转换性能的相变储能材料及其制备方法，以解决以上所述的至少一项技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供了具有光热转换性能的相变储能材料，该具有光热转换性能的相变储能材料将光热转换材料复合到相变材料中，包含相变储能材料I和相变储能材料II两种类型。该技术方案中，所述具有光热转换性能的相变储能材料I包含内芯材料和外壳材料：所述内芯材料包含相变材料；所述外壳材料包括有机外壳材料、无机外壳材料、金属外壳材料或复合外壳材料；所述内芯材料和/或外壳材料中包含光热转换材料，所包含光热转换材料的质量分数为0.01～90wt％，优选地，0.01～50wt％。该技术方案中，所述具有光热转换性能的相变储能材料II包含光热转换材料、相变材料以及支撑材料，各组分含量为：相变材料10～90wt％；支撑材料10～90wt％；光热转换材料0.01～80wt％，优选地，为0.01～50wt％。本专利技术的另一个目的是提供具有光热转换性能的相变储能材料的制备方法，所述方法如下：1.该技术方案中，所述具有光热转换性能的相变储能材料I，其制备方法如下：(1)内芯材料的制备：将相变材料与乳化剂混合，于20～100℃条件下乳化得到乳液，或者直接采用相变材料作为内芯材料。(2)外壳材料的制备及其对内芯材料的封装采用下述(a)、(b)、(c)中任意一种方法：(a)所述外壳材料为有机材料，采用原位聚合法、界面聚合法、悬浮聚合法、复凝聚合法中的任意一种方法合成有机外壳材料，并对步骤(1)所得内芯材料进行封装。(b)所述外壳材料为无机材料，采用溶胶-凝胶法合成无机外壳材料，步骤(1)所得内芯材料进行封装。(c)将有机材料、无机材料、金属材料，或其复合材料制备成带有中空腔体的容器，例如直管状、弯曲管状、单/双螺旋管状、球状、椭球状、半球状、穹顶状、环状，以及外形为矩形、扇形、六边形、圆形、半圆形、椭圆形等任意几何形状的板状等，之后将步骤(1)所得内芯材料装入上述外壳容器中。(3)光热转换材料的添加，有如下三种方式：(a)将光热转换材料只添加在内芯材料中，通过上述步骤(2)中(a)、(b)、(c)任意一种方法实现外壳材料对内芯材料的封装，得到内芯材料具有光热转换性能的相变储能材料I。(b)将光热转换材料只添加在有机外壳材料/无机外壳材料中，通过上述步骤(2)中方法(a)/(b)实现外壳材料对内芯材料的封装，得到外壳材料具有光热转换性能的相变储能材料I；将光热转换材料只添加在复合外壳材料中或涂覆在金属外壳材料表面，通过上述步骤(2)中方法(c)实现外壳材料对内芯材料的封装，得到外壳材料具有光热转换性能的相变储能材料I。(c)将光热转换材料同时添加在内芯材料和有机外壳材料/无机外壳材料中，通过上述步骤(2)中方法(a)/(b)实现外壳材料对内芯材料的封装，得到内芯材料和外壳材料都具有光热转换性能的相变储能材料I。(d)将光热转换材料同时添加在内芯材料中和涂覆在金属外壳材料表面，通过上述步骤(2)中(c)实现外壳材料对内芯材料的封装，得到内芯材料和外壳材料都具有光热转换性能的相变储能材料I。将光热转换材料同时添加在内芯材料和复合外壳材料中，通过上述步骤(2)中方法(c)实现外壳材料对内芯材料的封装，得到内芯材料和外壳材料都具有光热转换性能的相变储能材料I。2.该技术方案中，所述的具有光热转换性能的相变储能材料II，其制备方法包括以下三种：(1)采用溶胶-凝胶法将无机材料的溶胶前驱体、水、助溶剂、催化剂、光热转换材料，以及相变材料加入烧瓶中，在20～100℃下搅拌0.5～24h，之后放入烘箱中于20～100℃下陈化0.5～48h，得到具有光热转换性能的相变储能材料II。(2)将相变材料与乳化剂混合，在20～100℃条件下乳化得到乳液；采用溶胶-凝胶法将无机材料的溶胶前驱体、水、助溶剂、催化剂、光热转换材料，以及上述乳液加入烧瓶中，在20～100℃下搅拌0.5～24h，之后放入烘箱中于20～100℃下陈化0.5～48h，得到具有光热转换性能的相变储能材料II。(3)将相变材料与乳化剂混合，在20～100℃条件下乳化得到乳液；之后将光热转换材料、层状或多孔材料与上述乳液混合均匀，然后放入15～60℃真空箱中抽真空5～120min，得到具有光热转换性能的相变储能材料II。本专利技术所提供技术方案的优选条件如下：优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有光热转换性能的相变储能材料，其特征在于，该相变储能材料含有相变材料和能将光能转换为热能的光热转换材料，所述光热转换材料为黑色金属氧化物颗粒、纳米级无机非金属、纳米级金属、微/纳米金属硫化物中任意一种或至少两种的混合物或复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有光热转换性能的相变储能材料，其特征在于，该相变储能材料含有相变材料和能将光能转换为热能的光热转换材料，所述光热转换材料为黑色金属氧化物颗粒、纳米级无机非金属、纳米级金属、微/纳米金属硫化物中任意一种或至少两种的混合物或复合材料。2.根据权利要求1所述的相变储能材料，其特征在于，所述相变材料为有机类相变材料或水合盐类相变材料。3.根据权利要求1所述的相变储能材料，其特征在于，该相变储能材料包含内芯材料以及包覆内芯材料的外壳材料，其中：所述内芯材料包含相变材料；所述外壳材料和/或内芯材料包含光热转换材料，该光热转换材料的质量分数为0.01～90wt％，优选地，为0.01-50wt％；所述外壳材料包括有机外壳材料、无机外壳材料、金属外壳材料和复合外壳材料中的至少一种。4.根据权利要求1所述的相变储能材料，其特征在于，该相变储能材料为包含光热转换材料、相变材料以及支撑材料的复合定型相变储能材料；以该相变储能材料的质量为总量计，该相变储能材料各组分的质量含量为：相变材料：10～90wt％；支撑材料：10～90wt％；光热转换材料：0.01～80wt％，优选地0.01-50wt％。5.根据权利要求4所述的相变储能材料，其特征在于，所述支撑材料包括以下任意一种：采用溶胶-凝胶法制备的无机材料；采用层状或多孔材料的成品原料。6.根据权利要求3或5所述的相变储能材料，其特征在于，所述无机材料包括二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化锆或氧化锡中的任意一种。7.一种相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备内芯材料；(2)制备封装内芯材料的外壳材料；其中，在制备内芯材料和/或外壳材料时，添加光热转换材料；所述光热转换材料为黑色金属氧化物颗粒、纳米级无机非金属、纳米级金属、微/纳米金属硫化物中任意一种或至少两种的混合物或复合材料。8.根据权利要求7所述的相变储能材料的制备方法，其特征在于：制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建强，李晓禹，张英，马晨雨，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11