高导热性水合硝酸盐复合相变材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热性水合硝酸盐复合相变材料，包括改性膨胀石墨以及吸附在所述改性膨胀石墨周围的相变材料，所述相变材料为水合硝酸盐或者水合硝酸盐

【技术实现步骤摘要】
高导热性水合硝酸盐复合相变材料及制备方法


[0001]本专利技术属于相变材料
，具体涉及高导热性水合硝酸盐复合相变材料及制备方法。

技术介绍

[0002]相变材料(PCM)是利用与外界的热量交换，使自身发生相变，同时释放或吸收潜热， 达到能量回收利用的目的，是一种绿色、环保、可循环利用的储释热材料。PCM在航空航天、 废余热回收、太阳能利用等各个领域都有重要应用。根据相变温度的范围，可以划分为高温、 中温和低温相变储能材料，为了满足其在某一领域的需求，择优选取某种相变材料进行储释 热性能的相关研究。
[0003]水合硝酸盐(钙、镁)具有储热密度大、易相分离、潜热大、易制取等优点，但导热性 差而引起的相分离、过冷等问题影响其广泛应用。膨胀石墨的多孔网状结构，具有导热性好、 比表面积大等优点。因此研究者常用膨胀石墨来增强水合盐相变材料的导热性，以降低其过 冷度和相分离等问题。然而，膨胀石墨作为水合盐相变材料的载体物质，由于其表面的疏水 性，存在对水合盐吸附能力较弱的问题，导致由膨胀石墨和水合盐制得的复合相变材料易发 生泄露问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供高导热性水合硝酸盐复合相变材料，该复 合相变储能材料具有较强的循环热稳定性，多次储热释热循环后不会发生漏液现象，相变温 度及相变焓不会发生较大变化。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种高导热性水合硝酸盐复合相变材料，包括改性膨胀石墨以及吸附在所述改性膨胀石 墨周围的相变材料，所述相变材料为水合硝酸盐或者水合硝酸盐
‑
水合氯化钙混合物，所述改 性膨胀石墨在所述复合相变材料中的质量含量为5wt％～20wt％；所述改性膨胀石墨是表面附 有氧化铝膜的亲水性改性膨胀石墨。
[0007]上述技术方案中，所述水合硝酸盐为水合硝酸钙和/或水合硝酸镁。
[0008]上述技术方案中，当所述改性膨胀石墨周围的吸附四水硝酸钙、六水硝酸镁或六水氯化 钙中的多种组分时，多种组分中各成分的比例为各成分达到共晶点时的比例。六水氯化钙的 主要目的是降低四水硝酸钙的相变温度或防止四水硝酸钙产生过冷或相分离问题。
[0009]本专利技术的另一个目的是，提供一种高导热性水合硝酸盐复合相变材料的制备方法。
[0010]一种高导热性水合硝酸盐复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1，改性膨胀石墨，将膨胀石墨浸泡在溶剂中，加热至60～90℃，加入可溶性铝盐在 溶剂中分散均匀得到第一混合物，每克所述膨胀石墨加入0.005～0.3mol可溶性铝
盐，调节所 述第一混合物pH为5～8，继续搅拌60～180min，过滤并在60～80℃干燥后得到第一固体，将 所述第一固体在400～600℃下煅烧2～5h，得到改性膨胀石墨；
[0012]步骤2，复合相变材料制备，将相变材料加热，得到熔融状态的相变材料，将所述改性 膨胀石墨与熔融状态的相变材料混合均匀，冷却后得到高导热性水合硝酸盐复合相变材料；
[0013]所述改性膨胀石墨为所述复合相变材料质量的5wt％～20wt％；所述相变材料为水合硝酸 盐或者水合硝酸盐
‑
水合氯化钙混合物。
[0014]上述技术方案中，所述溶剂为分析纯的乙醇。
[0015]上述技术方案中，所述步骤1，将膨胀石墨浸泡在溶剂中，采用水浴加热至90℃。
[0016]上述技术方案中，所述步骤1，所述铝盐在溶剂中浓度为0.1～1mol
·
L
‑1。
[0017]上述技术方案中，所述可溶性铝盐为Al(NO3)3、AlCl3中的至少一种。
[0018]上述技术方案中，所述步骤1，加入可溶性铝盐为加入0.2mol
·
L
‑1的Al(NO3)3·
9H2O溶 液
[0019]上述技术方案中，采用氨水调节所述第一混合物pH为6～7。
[0020]上述技术方案中，所述步骤1，将所述第一固体在500℃下煅烧10min，得到改性膨胀石 墨。
[0021]上述技术方案中，所述水合硝酸盐为水合硝酸钙和/或水合硝酸镁。
[0022]上述技术方案中，在步骤2中，加热四水硝酸钙、六水硝酸镁或六水氯化钙中的多种组 分时，多种组分中各成分的比例为各成分达到共晶点时的比例。
[0023]上述技术方案中，在步骤2中，相变材料采用水浴加热，得到熔融状态的相变材料。
[0024]本专利技术的优点和有益效果为：
[0025]针对现有技术存在的问题，本专利技术的技术方案首先对膨胀石墨进行亲水性改性；其次， 将该基体材料添加到水合硝酸盐(钙、镁)中制得复合相变材料。采用红外、XRD、接触角 测试、导热系数测量等方法对复合相变材料进行了表征分析。最后，对上述复合相变材料进 行循环热稳定性分析，经200次储释热循环研究发现，水合硝酸盐(钙、镁)仍然能稳定的 吸附在膨胀石墨表面，没有发生漏液现象，相变温度和相变焓均没有发生较大的变化。导热 性良好，有助于彻底解决硝酸钙盐水合相变材料的过冷和相分离问题。因此用该方法制得的 高导热性复合相变材料具有良好的应用前景。
[0026]复合相变材料的优化质量比例为MEG8％
‑
10％，水合盐的质量比例为92％
‑
90％，在这个 组成比下复合相变材料多次循环后不漏液，且多次循环物理性能及热稳定性良好。在共晶盐 比例为47％Ca(NO3)2.4H2O+57Mg(NO3)2.6H2O时，采用共晶盐的相变材料在理想条件下可以无 限次的循环而不发生过冷或相分离问题。因此在实际中应该使二元体系盐的配比应尽可能的 接近共晶盐比例。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例1中膨胀石墨(EG)与改性后亲水性膨胀石墨(MEG)的水接触角示 意图；
[0028]图2是本专利技术实施例1中N5产品的EG和MEG的XRD图；
[0029]图3是本专利技术实施例1中EG和MEG的扫描电镜图；
[0030]图4是本专利技术实施例1中EG和MEG的(a)氮吸收
‑
解吸等温线和(b)孔径分布；
[0031]图5是本专利技术实施例2中不同质量百分数的MEG(0％(1)、5wt％(2)、8wt％(3)和10 wt％(4)加入四水硝酸钙制得复合相变材料的实物图。
[0032]图6是本专利技术实施例2中纯四水硝酸钙(简写为CN
‑
4W)和不同MEG引入量的复合相变材 料的XRD图(a)和红外光谱图(b).
[0033]图7是本专利技术实施例2中CN
‑
4W和不同MEG引入量的复合相变材料的导热系数图；
[0034]图8是本专利技术实施例2中8wt％MEG+CN
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4W(a)、10wt％MEG+CN
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4W(b)多次热循环后的 FT
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热性水合硝酸盐复合相变材料，其特征在于，包括改性膨胀石墨以及吸附在所述改性膨胀石墨周围的相变材料，所述相变材料为水合硝酸盐或者水合硝酸盐
‑
水合氯化钙混合物，所述改性膨胀石墨在所述复合相变材料中的质量含量为5wt％～20wt％；所述改性膨胀石墨是表面附有氧化铝膜的亲水性改性膨胀石墨。2.根据权利要求1所述的高导热性水合硝酸盐复合相变材料，其特征在于，所述水合硝酸盐为水合硝酸钙和/或水合硝酸镁。3.根据权利要求1所述的高导热性水合硝酸盐复合相变材料，其特征在于，当所述改性膨胀石墨周围的吸附四水硝酸钙、六水硝酸镁或六水氯化钙中的多种组分时，多种组分中各成分的比例为各成分达到共晶点时的比例。4.一种高导热性水合硝酸盐复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，改性膨胀石墨，将膨胀石墨浸泡在溶剂中，加热至60～90℃，加入可溶性铝盐在溶剂中分散均匀得到第一混合物，每克所述膨胀石墨加入0.005～0.3mol可溶性铝盐，调节所述第一混合物pH为5～8，继续搅拌60～180min，过滤并在60～80℃干燥后得到第一固体，将所述第一固体在400～600℃下煅烧2～5h，得到改性膨胀石墨；步骤2，复合相变材料制备，将相变材料加热，得到熔融状态的相变材料，将所述改性膨胀石墨与熔融状态的相变材料混合均匀，冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱发岩，王云霞，周永全，刘红艳，贾力凡，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：