一种定型相变储能复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及储能材料技术领域，为解决传统相变储能材料热导率低和光热转换性能差的问题，提供了一种定型相变储能复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在石蜡中依次加入铜源、升华硫、分散稳定剂和羧基化碳纳米管，在170～190℃下持续搅拌反应，得到硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料；(2)在硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料中加入羟基化膨胀石墨，在75～85℃条件下反应，得到硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨相变储能复合材料，即为定型相变储能复合材料。本发明专利技术的复合相变材料的热导率和吸光性高，具有优异的导热性能和光热转化性能；无需额外封装工序的，操作简单，绿色环保，设备要求低且成本低廉。

A type of phase change energy storage composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种定型相变储能复合材料及其制备方法
本专利技术涉及储能材料
，尤其涉及一种高导热性能和光热转化性能纳米强化定型相变储能复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着人口的日益增长与经济的快速发展，能源需求高于能源产生，这种不匹配问题迫使研究人员开发新能源或储存可用能源。太阳能是一种取之不尽的可再生能源，但是这种能源仅在白天可用，这促使热能储存系统的发展。热能储存作为一种重要的能源储存方式，可以弥补供热不平衡，降低成本，减少二氧化碳的排放量以降低对环境的污染。其三种主要方式分别为显热热能储存，潜热热能储存和热化学热能储存，其中潜热热能储存与其他两种方式相比由于其储能密度高，相变过程几乎恒温等特点更受研究人员的青睐。潜热热能储存通过利用相变材料在相变过程中吸收或释放大量的热量来储存或释放热量。基于相变材料的热能储存已广泛应用于建筑节能、废热回收、太阳能供热系统等领域。目前，许多材料作为候选相变材料已被深入研究，其大致可分为有机和无机相变材料。由于无机相变材料过冷度大、强腐蚀性等缺点使其在热能储能系统中很少使用。反之，大多数有机相变材料过冷度低、无腐蚀性、价格便宜且无相分离，其中石蜡作为一种有机相变材料由于其化学稳定性好、储能密度高、无腐蚀性等优异性能被应用于商业热储存。然而，热导率低和光热转换性能差作为石蜡主要缺点限制其在太阳能热能储存系统中广泛应用。中国专利文献上公开了“相变储能复合材料及其制备方法”，申请公布号为CN101050353A，该专利技术以自然界中天然存在的可再生资源作为相变储能介质、载体和包封材料，得到具有可再生、环境兼容性好的相变储能复合材料，但是，该相变储能复合材料的使用强度较低，且无光热转变功能，应用范围较窄。
技术实现思路
本专利技术为了克服传统相变储能材料热导率低和光热转换性能差的问题，提供了一种高导热性能和光热转化性能纳米强化定型相变储能复合材料。本专利技术为了克服传统相变储能材料不易定型，使用前需增加额外的封装工序，操作复杂的问题，还提供了一种相变储能复合材料的制备方法，该方法无需额外封装工序的，操作简单，绿色环保，设备要求低且成本低廉。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种定型相变储能复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在石蜡中依次加入铜源、升华硫、分散稳定剂和羧基化碳纳米管，在170～190℃下持续搅拌反应，得到硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料；利用分散稳定剂的静电位阻稳定效应和空间位阻效应使硫化铜-羧基化碳纳米管稳定分散于石蜡基体中，改善温敏材料的沉淀、分层现象；(2)在硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料中加入羟基化膨胀石墨，在75～85℃条件下反应4～6h，得到硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨相变储能复合材料，即为定型相变储能复合材料；该步骤巧妙地利用了改性膨胀石墨上的羟基和碳纳米管上的羧基的缩合反应，使得石蜡和碳纳米管紧紧锚在膨胀石墨的孔壁上，从而达到封装的目的；该步骤加热至石蜡熔点以上5～15℃，使石蜡能够完全溶解即可，一般可加热至75～85℃，优选加热至80℃；本专利技术所述石蜡为单一熔点(常用石蜡为熔点分别为52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃的石蜡)、具有单一控温范围的混合蜡或由多种单一熔点石蜡调配而成且具有多种控温范围的混合蜡，本专利技术所述石蜡的熔点为52～70℃。膨胀石墨呈蠕虫状结构，其孔洞由叠加或者黏连的片层组成，孔洞的体积较大且丰富，可利膨胀石墨孔洞的特点可以吸附相变材料，从而达到封装的目的。本专利技术蜡浴中两步法制备硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨相变储能复合材料，使硫化铜-羧基化碳纳米管分散于石蜡基体中，并且巧妙地利用了改性膨胀石墨上的羟基和碳纳米管上的羧基的缩合反应，使得石蜡和碳纳米管紧紧锚在膨胀石墨的孔壁上及从而制备定型的硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨复合相变材料，方法简单、绿色环保利用分散稳定剂的静电位阻稳定效应和空间位阻效应使硫化铜/羧基化碳纳米管分散于石蜡基体中，利硫化铜/羧基化碳纳米管在热蜡液中的布朗运动改善因悬殊比重差异而引起的粒子沉淀，同时，硫化铜/羧基化碳纳米管的微运动又增强纳米粒子与石蜡基体间的能量传递过程，因此增大复合相变材料的热导率和吸光性，提高相变复合材料的导热性能和光热转化性能。石蜡与膨胀石墨所制备的复合相变材料，相变时可维持宏观固体形状不变，为一种定型的复合相变材料，不仅降低了成本，而且不必再次进行封装，可根据实际所需制备成各种各样的形状，大大提高了相变储能材料在实际中的应用。直至今日，利用膨胀石墨吸附纳米金属硫化物-碳纳米管/石蜡复合材料，制备一种定型的复合相变材料的研究还未见报道。作为优选，步骤(1)中，以石蜡总质量为基准，各组分的添加量为：铜源1～2wt％，升华硫0.5～1wt％，分散稳定剂22～25wt％，羧基化碳纳米管3.5～4wt％。作为优选，步骤(2)中，以硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料总质量为基准，所述羟基化膨胀石墨的添加量为40～50wt％。羟基化膨胀石墨的添加量如果过少(对比例)，部分相变材料暴露在膨胀石墨的孔洞外，相变材料的吸附量达到饱和，难以达到封装的目的。作为优选，步骤(2)中，所述羟基化膨胀石墨的制备方法如下：(a)在有机溶剂中分别加入偶联剂和膨胀石墨并混合均匀得混合液，所述混合液中偶联剂的浓度为0.05～0.15g/mL，膨胀石墨的浓度为0.05～0.15g/mL。(b)将混合液于80～90℃温度下，常压干燥，然后升温至110～130℃真空干燥，得到羟基化膨胀石墨。作为优选，步骤(a)中，所述膨胀石墨的膨胀容积为230～350ml/g。膨胀容积对最终定型相变储能复合材料的性能影响很大，膨胀容积太低，会导致最终材料的孔洞的体积较小，无法达到封装的目的；膨胀容积太高，会导致最终材料的孔洞的体积过大，导致热导率和光热转换性能降低。作为优选，步骤(a)中，所述有机溶剂为异丙醇或者甲醇；所述偶联剂为钛酸酯或硅酸酯。作为优选，步骤(b)中，真空干燥的真空度控制在105～102Pa。作为优选，步骤(1)中，所述铜源选自氧化铜、氯化铜和硫酸铜中的一种。作为优选，步骤(1)中，所述分散稳定剂为油酸或油胺。作为优选，步骤(1)中，搅拌速度为200～400转/分，搅拌时间为2.5～4.5小时。一种上述任一的方法制得的定型相变储能复合材料。因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的定型相变储能复合材料利用硫化铜/羧基化碳纳米管的微运动，增强纳米粒子与石蜡基体间的能量传递过程，增大复合相变材料的热导率和吸光性，提高相变复合材料的导热性能和光热转化性能；(2)利用两步法蜡浴制备，使硫化铜-羧基化碳纳米管分散于石蜡基体中，并且巧妙地利用了改性膨胀石墨上的羟基和碳纳米管上的羧基的缩合反应，使得石蜡和碳纳米管紧紧锚在膨胀石墨的孔壁上及从而制备定型的硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨复合相变材料，无需额外封装工序的，操作简单，绿色环保，设备要求低且成本低廉。附图说明图1是实施例1制得的硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨复合相变材料、硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料以及膨胀石墨的XRD图。图2是膨胀石墨的SEM图(a1低倍率，a2高倍率)。图3是对比例制得的硫化铜修饰碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定型相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在石蜡中依次加入铜源、升华硫、分散稳定剂和羧基化碳纳米管，在170～190℃下持续搅拌反应，得到硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料；(2)在硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料中加入羟基化膨胀石墨，在75～85℃条件下反应，得到硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨相变储能复合材料，即为定型相变储能复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种定型相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在石蜡中依次加入铜源、升华硫、分散稳定剂和羧基化碳纳米管，在170～190℃下持续搅拌反应，得到硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料；(2)在硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料中加入羟基化膨胀石墨，在75～85℃条件下反应，得到硫化铜修饰碳纳米管/石蜡/膨胀石墨相变储能复合材料，即为定型相变储能复合材料。2.根据权利要求1所述的一种定型相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以石蜡总质量为基准，各组分的添加量为：铜源1～2wt％，升华硫0.5～1wt％，分散稳定剂22～25wt％，羧基化碳纳米管3.5～4wt％。3.根据权利要求1所述的一种定型相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，以硫化铜/碳纳米管/石蜡复合相变材料总质量为基准，所述羟基化膨胀石墨的添加量为40～50wt％。4.根据权利要求1所述的一种定型相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述羟基化膨胀石墨的制备方法如下：(a)在有机溶剂中分别加入偶联剂和膨胀石墨并混合均匀得混合液，所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，陈程华，张彩霞，马恩培，徐振丽，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33