一种无机水合盐相变储能材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及相变材料领域，尤其涉及一种无机水合盐相变储能材料及其制备方法。质量百分比计的以下组分：储热剂65～75％、黄原胶8.5～10％、导热材料4.5～15％、改性剂4.5～8％及成核剂2～10％。本发明专利技术的优点是：可完全消除过冷现象，具有较高的储能密度，相变化体积小，无毒，无挥发，性能稳定，重复性能好，使用方便；有效延长了相变材料的使用寿命；调节储能材料相变温度为10～30℃，导热性能好，相变可逆性好，相变转化快，具有较佳的储热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无机水合盐相变储能材料及其制备方法
本专利技术涉及相变材料领域，尤其涉及一种无机水合盐相变储能材料及其制备方法。
技术介绍
21世纪的竞争是能源的竞争，我国作为世界上最大的发展中国家，面临人口、资源和环境的巨大压力。能源的发展对减少贫困、增加就业机会和提高生活质量起了重要作用。无机水合盐相变储能材料作为一种新型节能、储能材料，利用其潜热储能、释能，解决能量时空不匹配的问题，做到能量的循环再生利用，提高能源利用率。无机水合盐相变储能材料在高温时吸热，将外界多余热量以潜热的形式存储，在环境温度降低时，将存储的热能再次释放至环境中，达到适时、自动调控环境温度的目的，维持环境温度相对稳定，不需要人为调控，省去不必要的人力。无机水合盐相变储能材料具有较高的储热密度，相变温度较低，价格低廉，具有较大的应用价值。无机水合盐相变储能材料相态变化形式为固-液相变，在固、液两相转化时，由于无机水合盐本身具有明显的过冷现象，到达理论结晶点仍未发生结晶行为，延长相变的转换时间，降低了热量存储效率，严重制约了其应用范围。解决无机水合盐相变储能材料过冷问题，主要是添加成核剂，依据“晶格参数相差15％的成核剂筛选理论”，常用的成核剂有：Na2B4O7·10H2O、SrCl2·6H2O、CO(NH2)2、BaCO3、Sr(OH)2·8H2O、Na2HPO4·12H2O、Na2SiO3·9H2O等，以上成核剂多以结晶水合盐的形式存在，本身也存在过冷等不稳定因素，长期循环使用依然无法完全解决无机相变材料过冷问题。过冷现象导致相变材料相变转化速度降低，储热性能下降，缩短了无机水合盐相变材料使用寿命，限制了相变材料的应用范围。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提供一种消除过冷现象、可大幅提高其储热性能的无机水合盐相变储能材料及其制备方法。一种无机水合盐相变储能材料，包括质量百分比计的以下组分：储热剂65～75％、黄原胶8.5～10％、导热材料4.5～15％、改性剂4.5～8％及成核剂2～10％。进一步，所述的储热剂为无机水合盐；所述的无机水合盐为十水硫酸钠(Na2SO4·10H2O)、六水氯化钙(CaCl2·6H2O)、三水醋酸钠(C2H3NaO2·3H2O)中的一种或多种。进一步，所述的成核剂为纳米级材料Si3N4(45nm)，MgO(150nm)，ZrB2(210nm)，SiO2(300nm)，AlN(400nm)，BC4(420nm)，SiB6(250nm)的一种或多种，其主要作用是为水合盐晶核的形成提供所需的动力，主要提供新相态形成时所需的额外的表面能和晶核扩散的能量，加快相变材料成核，促进新相形成，这是降低相变材料过冷度比较经济的方式。其中，所述的纳米级材料的粒度为20～500纳米，因此其本身尺寸小，自身物化性质稳定，其在水合盐相变过程中因质轻而不发生沉淀行为。进一步，所述的导热材料为膨胀石墨。进一步，所述的改性剂为六偏磷酸钠或硼酸。本专利技术所述的一种无机水合盐相变储能材料的制备方法，包括：(1)按比例将储热剂、黄原胶、导热材料、改性剂和成核剂研磨混合均匀，保鲜膜密封，于40～60℃恒温磁力搅拌器中搅拌1～2h，得到粘稠状无机水合盐相变储能材料；(2)将粘稠状液体无机水合盐相变材料封装，即制得封装好、成核速度快、可循环重现性较好、相变温度为10℃～30℃，完全消除过冷现象的无机水合盐相变储能材料。纳米级材料成核剂为水合盐晶核的形成提供所需的动力，主要提供新相态形成时所需的额外的表面能和晶核扩散的能量，添加成核剂，加快相变材料成核，促进新相形成，这是降低相变材料过冷度比较经济的方式。纳米成核剂具有许多独特性能，本身至少一维尺寸为纳米级，尺寸小，自身物化性质稳定，比表面积大，即使在水合盐相变过程中因质轻而不发生沉淀行为。使用纳米级成核剂可有效消除水合盐相变储能材料过冷现象，对提升无机水合盐相变储能材料的热物性具有实际意义。(1)本专利技术制得的无机水合盐相变材料相变温度10～30℃之间，按照不同作物不同生长期不同温度要求，可选取不同相变温度梯度的水合盐相变储能材料配方。(2)本专利技术制得的无机水合盐相变储能材料，设计灵活，具有较高的热焓值，单位质量的无机水合盐相变储能材料存储的热量高，调节温度所需使用相变材料少，有效节约空间。(3)本专利技术的无机水合盐相变储能材料，封装简单，小巧灵活，使用方便，便于管理，对放置方式没有太高要求。(4)本专利技术的无机水合盐相变储能材料，制备工艺简单，对仪器条件要求不苛刻，操作过程中无安全隐患，按配方加入各种试剂，于水浴搅拌至熔融状态，缓慢降温至有少量晶体析出，即可得消除过冷现象的无机水合盐相变储能材料。(5)本专利技术的无机水合盐相变储能材料，所需原材料价格低廉，制备消除过冷现象的无机水合盐相变储能材料的成本低。相比于现有技术，本专利技术的优点在于：可完全消除过冷现象，具有较高的储能密度，相变化体积小，无毒，无挥发，性能稳定，重复性能好，使用方便；有效延长了相变材料的使用寿命；调节储能材料相变温度为10～30℃，导热性能好，相变可逆性好，相变转化快，具有较佳的储热性能。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例110℃无机水合盐相变储能材料制备方法是：按总量100g的重量计算，取74.5g十水硫酸钠作为无机水合盐，8.5g黄原胶作为粘胶剂，4.5g膨胀石墨作为热导剂，4.5g的六偏磷酸钠作为改性剂，8g纳米级材料(ZrB2、SiO2及SiB6)作为成核剂，在60℃恒温水浴锅中磁力搅拌1h至完全融化，将制得的无机水合盐相变储能材料采用封装机封装保存，备用。将上述制得的消除过冷现象的无机水合盐相变储能材料，用热常数分析仪测定无机水合盐相变储能材料的过冷度；差示扫描量热仪对相变材料样品进行热性能测试，测定材料的相变温度、热焓值和结晶出现时长，可消除无机水合盐相变储能材料过冷现象，热焓值148.5J/g。实施例215℃无机水合盐相变储能材料制备方法是：按总量100g的重量计算，取75g六水氯化钙作为无机水合盐，9g黄原胶作为粘胶剂，8g膨胀石墨作为热导剂，6g的硼酸作为改性剂，2g纳米级材料(BC4和SiB6)作为成核剂，在55℃恒温水浴锅中磁力搅拌1.4h至完全融化，将制得的无机水合盐相变储能材料采用封装机封装保存，备用。将上述制得的消除过冷现象的无机水合盐相变储能材料，用热常数分析仪测定无机水合盐相变储能材料的过冷度；差示扫描量热仪对相变材料样品进行热性能测试，测定材料的相变温度、热焓值和结晶出现时长，可消除无机水合盐相变储能材料过冷现象，热焓值145J/g。实施例325℃无机水合盐相变储能材料制备方法是：按总量100g的重量计算，取65g六水氯化钙作为无机水合盐，10g黄原胶作为粘胶剂，15g膨胀石墨作为热导剂，8g的六偏磷酸钠作为改性剂，2g纳米级材料(SiB6)作为成核剂，在50℃恒温水浴锅中磁力搅拌1.5h至完全融化，将制得的无机水合盐相变储能材料采用封装机封装保存，备用。将上述制得的消除过冷现象的无机水合盐相变储能材料，用热常数分析仪测定无机水合盐相变储能材料的过冷度；差示扫描量热仪对相变材料样品进行热性能测试，测定材料的相变温度、热焓值和结晶出现时长，可消除无机水合盐相变储能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机水合盐相变储能材料，包括质量百分比计的以下组分：储热剂65～75％、黄原胶8.5～10％、导热材料4.5～15％、改性剂4.5～8％及成核剂2～10％。

【技术特征摘要】
1.一种无机水合盐相变储能材料，包括质量百分比计的以下组分：储热剂65～75％、黄原胶8.5～10％、导热材料4.5～15％、改性剂4.5～8％及成核剂2～10％。2.根据权利要求1所述的一种无机水合盐相变储能材料，其特征在于：所述的储热剂为无机水合盐；所述的无机水合盐为十水硫酸钠、六水氯化钙、三水醋酸钠中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种无机水合盐相变储能材料，其特征在于：所述的成核剂为纳米级材料Si3N4，MgO，ZrB2，SiO2，AlN，BC4，SiB6的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种无机水合盐相变储能材料，其特征在于：所述的导热材料为膨胀石墨。5.根据权利要求1所述的一种无机...

【专利技术属性】
技术研发人员：铁生年，李秀丽，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：青海,63