一种室温相变储能材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种室温相变储能材料及其制备方法，羟基化碳纳米管与无机盐同时加入MgCl2·6H2O‑CaCl2·6H2O相变材料中作为复合成核剂可以产生协同效应，共同促进相变材料成核，从而使体系过冷度显著降低。本发明专利技术的有益效果是：当CNTs、SrCO3、SrCl2·6H2O的引入量分别为0.75g、0.3g和0.9g时，体系过冷度仅为0.6℃，有更强的储热能力和很好的循环稳定性。

A Room Temperature Phase Change Energy Storage Material and Its Preparation Method

The invention discloses a room temperature phase change energy storage material and a preparation method. Hydroxylated carbon nanotubes and inorganic salts are simultaneously added into MgCl2.6H2O CaCl2.6H2O phase change material as a composite nucleating agent to produce synergistic effect and jointly promote the nucleation of phase change material, thereby significantly reducing the undercooling of the system. The beneficial effect of the present invention is that when the amount of CNTs, SrCO3 and SrCl2.6H2O is 0.75g, 0.3g and 0.9g respectively, the supercooling degree of the system is only 0.6 C, and the system has better heat storage capacity and good cycle stability.

【技术实现步骤摘要】
一种室温相变储能材料及其制备方法
本专利技术涉及相变储能材料
，特别是涉及一种室温相变储能材料及其制备方法。
技术介绍
我国青海盐湖地区镁盐储量极为丰富，且品质较高，但大量的镁盐因未找到合适的用途被公认为“镁害”。在众多镁盐中，MgCl2·6H2O具有高的熔化热(171kJ/kg)，已经作为相变储能材料被广泛研究，但由于相变温度较高(118℃)，实现其在室温下应用，还必须与CaCl2·6H2O等材料组成复合体系。然而，无机盐水合物应用在相变储能领域，普遍存在过冷度大、导热性差和相分离等问题。羟基化碳纳米管具有羟基基团，这可以与相变材料中的离子相结合，有助于改善碳纳米管与相变材料间的润湿性能；碳纳米管比表面积较大为相变材料提供更大的非均匀成核界面和更多的成核点，可以促进体系发生非均匀成核，降低成核势垒，进而降低过冷度；碳纳米管具有良好的导热性能，能在相变材料中形成性能优越的导热网络，从而提高体系的导热性能，使体系对温度更敏感，降低温度滞后性。根据“点阵匹配原理”，无机盐(锶盐)与MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O体系的晶体结构和晶格参数接近，使表面能降低，对形核起到催化作用，进而降低过冷度。羟基化碳纳米管与无机盐同时加入MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O相变材料中作为复合成核剂可以产生协同作用，共同促进相变材料成核，从而使体系过冷度显著降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种高导热、高储热室温相变储能材料的制备方法。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：本专利技术通过如下技术方案予以实现。本专利技术的一种室温相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)分别称取CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体，加热，使混合物完全熔化；(2)将步骤(2)配制的体系60～100℃下磁力搅拌1-3h，搅拌过程中加入增稠剂和羟基化碳纳米管，40～50℃超声分散1～2h，直至体系混合均匀；(3)再称取SrCl2·6H2O和SrCO3共同作为无机盐成核剂分别加入到步骤(3)配制的体系中，其中：60～100℃下磁力搅拌1-3h，40～50℃超声分散1～2h，最终得到MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料；其中：步骤(2)中羟基化碳纳米管作为成核剂加入质量分数为0～0.5％，即羟基化碳纳米管的质量在MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占0～0.5％；步骤(3)中SrCO3SrCl2·6H2O和SrCO3加入总质量分数为，即SrCO3SrCl2·6H2O和SrCO3的质量在MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占0～5％。优选的，所述步骤(1)中的CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体通过以下步骤制备：将无水氯化钙、无水氯化镁溶解于去离子水中，60～100℃配制成近饱和溶液，趁热进行抽滤提纯，室温下静置24h，抽滤去除液体，获得高纯度的CaCl2·6H2O、MgCl2·6H2O晶体；优选的，所述步骤(1)中的CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体质量比为(1:5)～(5:1)。优选的，所述步骤(2)中的增稠剂为羟乙基纤维素或聚丙烯酰胺。优选的，所述步骤(3)中的SrCl2·6H2O和SrCO3质量比为(1:5)～(5:1)。优选的，所述反应体系中CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体的加入量分别为71.81wt.％和23.94wt.％，即CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体的质量在MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占71.81wt.％和23.94wt.％，羟基化碳纳米管、SrCO3和SrCl2·6H2O加入量分别为0.25wt.％、1wt.％和3wt.％，即羟基化碳纳米管、SrCO3和SrCl2·6H2O在MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占0.25wt.％、1wt.％和3wt.％。本专利技术的另一方面，还包括一种通过上述方法制备的MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变材料。优选的，所述MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变材料中含有质量分数为0～0.5％的羟基化碳纳米管成核剂，和总质量分数为0～5％的SrCl2·6H2O和SrCO3无机盐成核剂。优选的，在所述MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变材料中，CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体质量分数分别为71.81wt.％和23.94wt.％，，羟基化碳纳米管成核剂的质量分数为0.25wt.％，SrCO3的质量分数为1wt.％、SrCl2·6H2O的质量分数为3wt.％。优选的，所述MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变材料相变温度范围为18.4～24.4℃，过冷度变化范围为0.6～14.5℃，相变潜热变化范围为99.12～122.4J/g。优选的，所述MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变材料循环熔化-凝固50次后，相变潜热保持稳定。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)由该方法制备的MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O相变储能材料是应用性较好的室温相变储能材料体系，其合成工艺简单可行，可重复性强。(2)由该方法将羟基化碳纳米管加入到MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O相变材料，羟基化碳纳米管具有羟基基团，这可以与相变材料中的离子相结合，有助于改善碳纳米管与相变材料间的润湿性能，使碳纳米管可以较为长久的均匀分散在相变材料中，增加整个体系的稳定性。(3)由该方法将羟基化碳纳米管加入到MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O相变材料中，羟基化碳纳米管比表面积较大为相变材料提供更大的非均匀成核界面和更多的成核位点，可以促进体系发生非均匀成核，降低成核势垒，进而降低过冷度。采用温度记录仪对材料冷却曲线进行记录，当仅加入羟基化碳纳米管逐渐增加加入量，体系过冷度逐渐降低，当加入量为0.75g时，过冷度为9.1℃。(4)碳纳米管具有良好的导热性能，能在相变材料中形成性能优越的导热网络，从而提高体系的导热性能，使体系对温度更敏感，降低了温度滞后性，提高了相变材料储热放热过程的能量利用效率。采用温度记录仪对材料冷却曲线进行记录，由图可知，在初始温度和降温条件基本相同的情况下，随着羟基化碳纳米管加入量逐渐增加，各组样品到达相变点的时间逐渐减小。(5)羟基化碳纳米管与无机盐同时加入MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O相变材料中作为复合成核剂可以产生协同效应，共同促进相变材料成核，从而使体系过冷度显著降低。采用温度记录仪对材料冷却曲线进行记录，当CNTs、SrCO3、SrCl2·6H2O的引入量分别为0.75g、0.3g和0.9g时，体系过冷度仅为0.6℃。(6)采用羟基化碳纳米管-无机盐复合成核剂相比较不添加成核剂的材料，有更强的储热能力和很好的循环稳定性。如图2所示，引入0.75g碳纳米管-无机盐复合成核剂的相变材料的相变潜热为116.1J/g，进行熔化-凝固循环50次，如图3所示，相变潜热为113.5J/g。附图说明图1是实施例1所得到的相变储能体系的冷却曲线；图2是实施例1所得到的相变储能体系的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室温相变储能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别称取CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体，加热，使混合物完全熔化；(2)将步骤(2)配制的体系60～100℃下磁力搅拌1‑3h，搅拌过程中加入增稠剂和羟基化碳纳米管，40～50℃超声分散1～2h，直至体系混合均匀，所述增稠剂为羟乙基纤维素或聚丙烯酰胺；(3)再称取SrCl2·6H2O和SrCO3共同作为无机盐成核剂分别加入到步骤(3)配制的体系中，其中：60～100℃下磁力搅拌1‑3h，40～50℃超声分散1～2h，最终得到MgCl2·6H2O‑CaCl2·6H2O室温相变储能材料；其中：步骤(2)中羟基化碳纳米管作为成核剂加入质量分数为0～0.5％，即羟基化碳纳米管的质量在MgCl2·6H2O‑CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占0～0.5％；步骤(3)中SrCO3SrCl2·6H2O和SrCO3加入总质量分数为，即SrCO3SrCl2·6H2O和SrCO3的质量在MgCl2·6H2O‑CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占0～5％。

【技术特征摘要】
1.一种室温相变储能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别称取CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体，加热，使混合物完全熔化；(2)将步骤(2)配制的体系60～100℃下磁力搅拌1-3h，搅拌过程中加入增稠剂和羟基化碳纳米管，40～50℃超声分散1～2h，直至体系混合均匀，所述增稠剂为羟乙基纤维素或聚丙烯酰胺；(3)再称取SrCl2·6H2O和SrCO3共同作为无机盐成核剂分别加入到步骤(3)配制的体系中，其中：60～100℃下磁力搅拌1-3h，40～50℃超声分散1～2h，最终得到MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料；其中：步骤(2)中羟基化碳纳米管作为成核剂加入质量分数为0～0.5％，即羟基化碳纳米管的质量在MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占0～0.5％；步骤(3)中SrCO3SrCl2·6H2O和SrCO3加入总质量分数为，即SrCO3SrCl2·6H2O和SrCO3的质量在MgCl2·6H2O-CaCl2·6H2O室温相变储能材料中占0～5％。2.如权利要求1所述的一种室温相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体通过以下步骤制备：将无水氯化钙、无水氯化镁溶解于去离子水中，60～100℃配制成近饱和溶液，趁热进行抽滤提纯，室温下静置24h，抽滤去除液体，获得高纯度的CaCl2·6H2O、MgCl2·6H2O晶体。3.如权利要求1所述的一种室温相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体质量比为(1:5)～(5:1)。4.如权利要求1所述的一种室温相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的SrCl2·6H2O和SrCO3质量比为(1:5)～(5:1)。5.如权利要求1所述的一种室温相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述反应体系中CaCl2·6H2O和MgCl2·6H2O晶体的加入量分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯峰，卢竼漪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12