一种制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备熔盐‑陶瓷相变储热材料的方法，属于相变储热材料领域。该方法包括以下步骤：制备高温熔盐颗粒；在前驱体溶胶凝胶过程中包覆共晶盐颗粒；对熔盐相变材料试样进行压制烧结。本发明专利技术制备方法简单，成本较低，易大规模生产。解决了高温熔盐相变材料的吸湿性强、高温结构强度弱的问题，对高温相变储热材料扩大使用环境具有重要意义。

A Method for Preparing Molten Salt-Ceramic Phase Change Thermal Storage Materials

The invention discloses a method for preparing molten salt and ceramic phase change heat storage materials, which belongs to the field of phase change heat storage materials. The method comprises the following steps: preparing high temperature molten salt particles; coating the eutectic salt particles in the precursor sol gel process; and pressing and sintering the molten salt phase change material samples. The invention has the advantages of simple preparation method, low cost and easy mass production. It solves the problems of strong hygroscopicity and weak high temperature structure strength of high temperature molten salt phase change materials, and is of great significance to the expanding use environment of high temperature phase change heat storage materials.

【技术实现步骤摘要】
一种制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法
本专利技术涉及相变储热材料领域，特别是涉及一种制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法。
技术介绍
储能技术旨在解决能量供给在时间和空间上的不连续问题,是提高能源利用率的有效途径。在航天航空、新能源利用、工业的热回收过程以及民用建筑采暖等方面都具有广阔的应用前景。同时，相比于化学蓄电，储热技术具有储能容量大、稳定性强、环保等优势，在电网运行系统中也有广阔的应用前景。“削峰填谷”是降低电网的高峰负荷，提高低谷负荷，平滑负荷曲线，稳定电网运行的重要手段；选用合适的储热材料应用到供电行业至关重要。储热技术主要包括显热、潜热和反应热三种储热方式。其中，以相变材料的固一固、固一液相变潜热来储存热量的潜热型储能方式最普遍也最重要。相变储热材料具有相变潜热大、储热密度高、吸放热过程近似等温、过程易控制等优点。相变储热材料根据使用温度范围，又可分为中高温型和低温型相变储热材料；或者根据材料类型又可分为有机类和无机类相变储热材料。熔盐相变储热材料具有储热密度高、充放热过程近似于恒温、储热密度高、性价比高、易于运行控制和管理等优点，在相变材料领域具有极大的优势。但是熔盐相变储热材料存在吸湿性严重，熔盐易泄露以及高温结构强度低的问题。为了解决这些问题，需要对熔盐相变材料进行封装，TEAP与EPSLtd（PendyalaS.MacroencapsulationofPhaseChangeMaterialsforThermalEnergyStorage[J].Dissertations&Theses-Gradworks,2012.）分别利用聚合物和金属材料将熔盐封装进球体中，可以使熔盐与外界湿度环境隔离并且提供一个稳定的结构形状，但是这种方法不单制备成本较大而且工艺复杂；聚合物的较低的使用温度范围、金属材料的高导电性严重限制了在电采暖的应用环境。本专利技术针对熔盐相变储热材料（卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐以及多元共晶盐）在使用环境下容易吸湿导致力学性能下降进而严重影响循环使用寿命的情况，利用溶胶凝胶法对熔盐颗粒进行包覆，并且混入陶瓷基体颗粒（MgO、Al2O3）压制烧结。烧结过程中熔盐颗粒表面的超细粉体将熔盐颗粒完整的包覆在其中，使熔盐颗粒与外界环境彻底隔离，解决熔盐易吸湿、高温下熔盐易泄露的问题。并且陶瓷颗粒烧结过后可以提供稳定的结构；最终可以制备防吸湿，高温力学性能好，综合性能优良的相变储热材料。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供了一种制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法，通过利用溶胶凝胶法对熔盐颗粒进行包覆，并利用陶瓷作为基体材料，提供了一种对熔盐相变储热材料进行封装的方法。根据本专利技术的制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法，包括以下步骤：步骤（1），选择储热介质，混合制得混合物；步骤（2），将步骤（1）制得的混合物升温至混合物熔融温度或以上使混合物变成液态熔盐，保温一定时间后冷却破碎，制备高温熔盐颗粒；或将步骤（1）制得的混合物溶于去离子水后，进行烘干，烘干后破碎制备高温熔盐颗粒；步骤（3），按照前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇1:2到1:4体积比混合搅拌得到混合液，在所述混合液中加入步骤（2）所制备的高温熔盐颗粒；步骤（4），加入PH值为2-3之间的蒸馏水、冰醋酸混合液，发生水解发应，生成凝胶包覆到所述高温熔盐颗粒上；步骤（5），对包覆过的所述高温熔盐颗粒进行煅烧，冷却后备用；步骤（6），将步骤（5）制得的颗粒与陶瓷颗粒进行复合压制，制备出熔盐-陶瓷相变储热材料。进一步的，步骤（1）中的所述储热介质为卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐和多元共晶盐粉料中的一种或几种。进一步的，所述卤化物包括：NaCl、MgCl2、CaCl2、KCl、BaCl2、LiCl；所述硝酸盐包括：NaNO3、KNO3、LiNO3；所述硫酸盐包括：Na2SO4、K2SO4；所述碳酸盐包括Na2CO3、K2CO3、BaCO3、CaCO3、Li2CO3；所述多元共晶盐包括：NaNO3-KNO3、Na2CO3-K2CO3、NaNO3-LiNO3、Na2CO3-Li2CO3。进一步的，步骤（3）中加入的高温熔盐颗粒不溶解于所述按照前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇1:2到1:4体积比混合搅拌得到的所述混合液。进一步的，所述步骤（6）中的陶瓷颗粒包括：MgO、Al2O3、SiO2。进一步的，所述步骤（2）中制备的高温熔盐颗粒粒径范围在0.1mm-10mm。进一步的，所述步骤（4）之后还包括：加入活性炭粉末，继续搅拌，温度控制在50℃-70℃，使液相变得粘稠。进一步的，所述活性炭粉末占熔盐颗粒质量分数的9%-12%。进一步的，包覆到高温熔盐颗粒上的材料包括：TiO2、Al2O3。进一步的，制备颗粒的方法包括：压制制备，造粒制备，破碎制备。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术利用溶胶凝胶法封装高温熔盐颗粒相变材料，并且将封装后的颗粒与陶瓷颗粒复合烧结，通过对熔盐颗粒的封装以及与基体材料的混合压制烧结制得高温储能复合陶瓷，最终制备的材料力学性能优良，满足试样在高温下的力学承载能力。（2）相对于传统高温熔盐储热材料，在熔盐相变材料外表面通过溶胶凝胶法进行包覆，有助于解决高温熔盐相变材料的吸湿性强、熔盐易泄露的问题，扩大了高温相变储热材料的使用环境范围。（3）在溶胶凝胶包覆的过程中，选择性地加入活性炭颗粒；在后续的高温热处理中，活性炭不可避免地损失一部分，余留下一些空间可以给熔盐固液相变过程中的体积膨胀提供缓冲；残存下一部分活性炭颗粒可以提升试样的导热率。（4）本专利技术制备方法简单，成本较低，易大规模生产。解决了高温熔盐相变材料的吸湿性强、高温结构强度弱的问题，对高温相变储热材料扩大使用环境具有重要意义。附图说明图1示出了根据本专利技术的制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法的反应状态图；图2示出了根据本专利技术的制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法的流程图。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。如图1所示，本专利技术针对熔盐相变储热材料（卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐以及多元共晶盐）在湿度环境失效的问题，利用溶胶凝胶法对高温熔盐颗粒进行包覆，并且混入陶瓷基体材料（MgO、Al2O3）进行烧结。烧结过程中熔盐颗粒表面的超细粉体（二氧化钛/氧化铝包覆层）将熔盐颗粒完整的包覆在其中，使熔盐颗粒与外界环境彻底隔离，解决吸湿问题。并且陶瓷颗粒烧结过后可以提供稳定的结构；最终可以制备防吸湿，高性能的相变储热材料。图2示出了根据本专利技术的制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法的流程图。如图2所示，根据本专利技术的制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法包括以下步骤：步骤102，选择储热介质，混合制得混合物；步骤104，将步骤102制得的混合物升温至混合物熔融温度或以上使混合物变成液态熔盐，保温一定时间后冷却破碎，制备高温熔盐颗粒；或将步骤102制得的混合物溶于水后，进行烘干，烘干后破碎制备高温熔盐颗粒；步骤106，按照前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇1:2到1:4体积比混合搅拌得到混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备熔盐‑陶瓷相变储热材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1），选择储热介质，混合制得混合物；步骤（2），将步骤（1）制得的混合物升温至混合物熔融温度或以上使混合物变成液态熔盐，保温一定时间后冷却破碎，制备高温熔盐颗粒；或将步骤（1）制得的混合物溶于去离子水后，进行烘干，烘干后破碎制备高温熔盐颗粒；步骤（3），按照前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇1:2到1:4体积比混合搅拌得到混合液，在所述混合液中加入步骤（2）所制备的高温熔盐颗粒；步骤（4），加入PH值为2‑3之间的蒸馏水、冰醋酸混合液，发生水解发应，生成凝胶包覆到所述高温熔盐颗粒上；步骤（5），对包覆过的所述高温熔盐颗粒进行煅烧，冷却后备用；步骤（6），将步骤（5）制得的颗粒与陶瓷颗粒进行复合压制，制备出熔盐‑陶瓷相变储热材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备熔盐-陶瓷相变储热材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1），选择储热介质，混合制得混合物；步骤（2），将步骤（1）制得的混合物升温至混合物熔融温度或以上使混合物变成液态熔盐，保温一定时间后冷却破碎，制备高温熔盐颗粒；或将步骤（1）制得的混合物溶于去离子水后，进行烘干，烘干后破碎制备高温熔盐颗粒；步骤（3），按照前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇1:2到1:4体积比混合搅拌得到混合液，在所述混合液中加入步骤（2）所制备的高温熔盐颗粒；步骤（4），加入PH值为2-3之间的蒸馏水、冰醋酸混合液，发生水解发应，生成凝胶包覆到所述高温熔盐颗粒上；步骤（5），对包覆过的所述高温熔盐颗粒进行煅烧，冷却后备用；步骤（6），将步骤（5）制得的颗粒与陶瓷颗粒进行复合压制，制备出熔盐-陶瓷相变储热材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的所述储热介质为卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐和多元共晶盐粉料中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卤化物包括：NaCl、MgCl2、CaCl2、KCl、BaCl2、LiCl；所述硝酸盐包括：NaNO3、KNO3、LiNO3；所述硫酸盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝俊杰，邓占峰，任中凯，卢昀坤，张高群，杨岑玉，徐桂芝，常亮，杜兆龙，王天昊，吴彬，
申请(专利权)人：北京科技大学，全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网天津市电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11