一种一致熔融复合相变材料及制备方法技术

本发明专利技术公开一种一致熔融复合相变材料及制备方法，属于相变储能材料的技术领域。所述一致熔融复合相变材料包括相变材料和导热材料，相变材料包括主相变材料和副相变材料；其中，主相变材料为六水合硝酸镁，在相变材料中含量为60

【技术实现步骤摘要】
一种一致熔融复合相变材料及制备方法


[0001]本专利技术属于相变储能材料的
，涉及一种一致熔融复合相变材料及制备方法。

技术介绍

[0002]目前，供暖能耗在我国能源消费的占比在7％以上，而随着我国大力推进能源革命，以及近期提出的碳达峰与碳中和目标，清洁取暖快速上升为我国重大战略需求。根据《北方地区冬季清洁取暖规划》，截止到2021年，北方地区洁净取暖率达到70％，替代散煤1.5亿吨。近年来，在我国“煤改电”政策下，中国北方地区大都进行了煤改电冬季清洁取暖，旨在减少燃煤取暖。由于目前我国多数城市电网执行“峰谷电价”政策，其昼夜电价相差达3
‑
5倍之多，如果能利用晚上廉价电能，将其转化为热能储存起来并在白天用电高峰进行热量释放，用于工业生产用热、居民取暖用热等，将大大降低用户的运行费用，并减少燃煤等传统能源的使用。在利用谷电相变蓄热实现电网的移峰填谷、电网稳定高效运行、提高电网效率等方面有良好的作用。相变蓄热利用材料物相变化过程中吸收(释放)大量潜热以达到能量储存和可控释放的目的。与目前清洁取暖工程中应用的水储热、固体储热方式相比，相变储热技术利用潜热来蓄热，具有储热密度高、潜热储/释过程温度恒定、过程控制容易、系统体积小等优点。
[0003]无机相变材料，尤其是水合盐相变材料具有高储热密度、相对较高的导热系数、不易燃、成本低廉等优点，因此在清洁供暖领域具有良好的应用前景。目前无机类相变材料中用途比较广的是结晶水合盐，它们都有比较大的相变热和固定的熔点，当其温度升高时，结晶水合盐失去结晶水使盐溶解吸热，当温度降低时发生逆过程，吸收结晶、水放热。结晶水合盐与有机类相变材料相比具有导热系数较大，密度大且单位体积蓄热密度高等优点。但是结晶水合盐存在过冷度大，相分离及容易结块等缺点。
[0004]而可用于建筑供暖的无机水合盐主要有十二水硫酸铝铵、八水氢氧化钡、三水醋酸钠。其中：十二水硫酸铝铵相变温度为95℃，但对特定使用场合相变温度偏高，且具有弱酸性及过冷度高的问题；八水氢氧化钡相变温度(78℃)与相变潜热高(265.7kJ/kg)，但具有一定的腐蚀性，且属于危险化学品；三水醋酸钠相变温度为58.0℃，潜热值高，其储热温区相对偏低，通常适用于辐射供暖。故而现有的适用于散热器供暖需求的水合盐相变材料种类可选择性较低。
[0005]目前我国建筑供暖散热末端以散热器供暖、辐射供暖等方式为主。以热水作为热媒的系统为例，根据民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736
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2012，地板辐射供暖供水温度宜采用35
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45℃，不宜超过60℃；散热器供暖供水温度宜75℃，不宜超过80℃。储热系统中材料的相变温度与释热速度要和散热末端的工作温度相匹配，否则会导致供暖系统效率降低。
[0006]本申请所考虑的六水硝酸镁的相变温度为89℃，相变潜热高达150kJ/kg，且成本低廉、环境友好，虽然可以满足散热器供暖以及太阳能热水等领域，但是还存在储热端的工
作温度与散热端的工作温区不匹配的技术难题。
[0007]特别是将六水硝酸镁作为单相水合盐相变材料用于散热器末端时，专利技术人发现，其相变温区与民用建筑供暖通风与空气调节设计中散热器末端温度存在一定差异。在此基础上，如何调控六水硝酸镁的相变温区，使储热端的工作温度与散热端的工作温区高度匹配，满足清洁供暖特定应用的规范设计要求是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题是如何解决六水硝酸镁作为单相水合盐相变材料的相变温区与散热器末端温度之间存在的技术不匹配。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种一致熔融复合相变材料，所述一致熔融复合相变材料包括相变材料和导热材料，相变材料包括主相变材料和副相变材料；其中，
[0011]主相变材料为六水合硝酸镁，在相变材料中含量为60
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70mol％；
[0012]副相变材料为硝酸锂，在相变材料中含量为30
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40mol％；
[0013]导热材料，含量为主相变材料和副相变材料之和的0
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5wt％，且含量不为0。
[0014]优选地，所述导热材料的导热系数为50
‑
200W
·
m
‑1·
K
‑1。
[0015]优选地，所述导热材料为金属基体、金属氧化物基体和碳材料中的一种或多种。
[0016]优选地，所述金属基体选自泡沫银、泡沫铜、纳米银和纳米铜中的一种或多种；所述金属氧化物基体选自纳米氧化铝和纳米氧化钛中的一种或多种；所述碳材料选自碳纳米管、石墨烯、纳米石墨、膨胀石墨或纤维素纳米纤维中的一种或多种。
[0017]优选地，所述一致熔融复合相变材料的制备方法包括以下步骤：
[0018]S1、按所述一致熔融相变材料的成分和含量选择来称取六水合硝酸镁和硝酸锂；
[0019]S2、将步骤S1中称量好的六水合硝酸镁和硝酸锂倒入容器中搅拌均匀，放入磁力搅拌子并将容器密封；
[0020]S3、将步骤S2中的容器在磁力加热搅拌器上水浴加热，设置温度为90
‑
100℃，待样品熔化后，开启磁力搅拌进行充分搅拌0.5
‑
1h得到共熔材料；
[0021]S4、将步骤S3中所得的共熔材料进行冷却凝固，从而获得相变温度为75
±
5℃的一致熔融复合相变材料。
[0022]优选地，所述一致熔融复合相变材料的制备方法还包括以下步骤：
[0023]S5、将步骤S4制得的75
±
5℃的一致熔融复合相变材料在75
‑
100℃下的烧杯中加热，直至完全融化；
[0024]S6、将含量为主相变材料和副相变材料之和的0
‑
5wt％的导热材料缓慢倒入S5的烧杯中，加热并搅拌0.5
‑
1h，直至完全混合，得到混合熔融材料；
[0025]S7、当步骤S6中的导热材料为颗粒状，取出步骤S6中的混合熔融材料，进行超声震荡0.5
‑
1h；当步骤S6中的导热材料为多孔状，则无需进行超声震荡处理；
[0026]S8、将步骤S7所得的材料进行冷却凝固至室温，从而得到导热系数更高、所需的相变温度为75
±
5℃的一致熔融复合相变材料。
[0027]优选地，所述步骤S2中，当六水合硝酸镁和硝酸锂的制备量50kg以上，搅拌方式采用机械搅拌；当六水合硝酸镁和硝酸锂的制备量0.5kg以下，搅拌方式采用采用磁力搅拌；
当六水合硝酸镁和硝酸锂的制备量在0.5
‑
50kg之间，搅拌方式采用机械搅拌或者磁力搅拌。
[0028]优选地，所述步骤S6中，当六水合硝酸镁和硝酸锂的制备量50kg以上，搅拌方式采用机械搅拌；当六水合硝酸镁和硝酸锂的制备量0.5kg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一致熔融复合相变材料，其特征在于，所述一致熔融复合相变材料包括相变材料和导热材料，相变材料包括主相变材料和副相变材料；其中，主相变材料为六水合硝酸镁，在相变材料中含量为60
‑
70mol％；副相变材料为硝酸锂，在相变材料中含量为30
‑
40mol％；导热材料，含量为主相变材料和副相变材料之和的0
‑
5wt％，且含量不为0。2.根据权利要求1所述的一致熔融复合相变材料，其特征在于，所述导热材料的导热系数为50
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200W
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m
‑1·
K
‑1。3.根据权利要求2所述的一致熔融复合相变材料，其特征在于，所述导热材料为金属基体、金属氧化物基体和碳材料中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的一致熔融复合相变材料，其特征在于，所述金属基体选自泡沫银、泡沫铜、纳米银和纳米铜中的一种或多种；所述金属氧化物基体选自纳米氧化铝和纳米氧化钛中的一种或多种；所述碳材料选自碳纳米管、石墨烯、纳米石墨、膨胀石墨或纤维素纳米纤维中的一种或多种。5.一种根据权利要求1
‑
4任一所述的一致熔融复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述一致熔融复合相变材料的制备方法包括以下步骤：S1、按所述一致熔融相变材料的成分和含量选择来称取六水合硝酸镁和硝酸锂；S2、将步骤S1中称量好的六水合硝酸镁和硝酸锂倒入容器中搅拌均匀，放入磁力搅拌子并将容器密封；S3、将步骤S2中的容器在磁力加热搅拌器上水浴加热，设置温度为90
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100℃，待样品熔化后，开启磁力搅拌进行充分搅拌0.5
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1h得到共熔材料；S4、将步骤S3中所得的共熔材料进行冷却凝固，从而获得相变温度为75
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5℃的一致熔融复合相变材料。6.根据权利要求5所述的一致熔融复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述一致熔融复合相变材...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建强，王会，次恩达，李晓卿，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：