一种纳米导热增强的中高温相变储热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米导热增强的中高温相变储热复合材料及其制备方法，包括由氟盐、氯盐、碳酸盐复配而成的三元共晶盐相变材料，以及表面改性的纳米AlN导热增强材料；所述的导热增强材料均匀分散在三元共晶盐相变材料之中，且导热增强材料质量为复合材料总质量的0.5

【技术实现步骤摘要】
一种纳米导热增强的中高温相变储热复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于相变储热材料领域，具体是涉及一种纳米导热增强的中高温相变储热复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前全球面临能源短缺和环境污染危机，大力开发可再生的绿色新能源是可靠途径。我国已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，开发和利用可再生能源对如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标具有重要意义。储热技术可以弥补热能供应和消耗之间的差距，在提高清洁能源如太阳能的收集和利用方面发挥重要的作用。
[0003]储热技术依靠储热材料实现能量储存和释放。无机盐相变材料(PCM:phase change material)可作为可靠的中高温相变储热材料，其储热密度大、性质稳定、使用温度范围宽、成本低廉。目前，无机盐相变材料存在热导率低的问题，影响热能储存系统(TES)的储能效率。提高无机盐的比热容、热导率等热物理性质对于提高储热系统蓄热能力和传热效率、降低传热蓄热成本起到关键作用。提高无机盐相变储热材料的比热和热导率的方法之一是加入纳米粒子导热材料。但纳米粒子具有较高的活性，不稳定易团聚，极大的影响了纳米粒子本身性能的发挥，导致纳米复合相变储热材料导热提升效果较差，制约了材料的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种纳米导热增强的中高温相变储热复合材料及其制备方法，强化无机盐的导热性能，使得复合相变储热材料同时具备更高潜热和更高储热效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种纳米导热增强的中高温相变储热复合材料，包括由氟盐、氯盐、碳酸盐复配而成的三元共晶盐相变材料，以及表面改性的纳米AlN导热增强材料；
[0007]所述的导热增强材料均匀分散在三元共晶盐相变材料之中，且导热增强材料质量为复合材料总质量的0.5
‑
7％。
[0008]优选地，所述的三元共晶盐相变材料由41
±
1mol％碳酸锂、26
±
1mol％氯化钠和33
±
1mol％氟化锂三种无机盐混合而成。
[0009]优选地，所述表面改性的纳米AlN为表面包覆氧化铝的纳米AlN，或者表面经刻蚀的纳米AlN。
[0010]进一步地，本专利技术还提供上述纳米导热增强的中高温相变储热复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)采用三步快速筛选法得到高潜热无机盐，并通过FactSage软件预测无机盐组成共晶体系的熔点，得到氟盐、氯盐、碳酸盐三元体系的最低共熔点及该温度下的成分配比，根据该配比配置三元共晶盐相变材料；
[0012](2)采用化学法或物理法对纳米AlN进行改性，得到表面改性的纳米AlN；
[0013](3)采用超声分散法将步骤(2)表面改性的纳米AlN，分散至步骤(1)三元共晶盐相变材料中，即得。
[0014]具体地，步骤(1)中，所述的三步快速筛选法包括：
[0015]第一步：首先需要针对具有高相变焓的纯组分，实现热能储存系统(TES)的高储热能力，以高潜热纯组分为目标，锁定氯盐和氟盐；
[0016]第二步：由于单一盐的相变温度较高，例如大多数氯盐和氟盐的相变温度在800℃～1400℃之间。因此，通过添加其他盐类来降低相变温度，将相变温度调至目标应用的理想温度范围，碳酸盐相变温度通常在700℃～1000℃范围内，且具有理想的相变焓值，锁定碳酸盐；
[0017]第三步：利用热力学模型找到氟盐、氯盐、碳酸盐三元体系的共晶点。
[0018]具体地，步骤(1)中，采用FactSage软件计算得到Li2CO3‑
LiF二元体系低共熔点相图，然后加入NaCl进行三元体系的构建和性能预测，对三元体系进行相图计算，得到三元体系的最低共熔点及该温度下的成分配比，最终确定无机盐为碳酸锂、氯化钠和氟化锂，共晶点为537.91
±
2℃，共晶点组成为41
±
1mol％碳酸锂、26
±
1mol％氯化钠和33
±
1mol％氟化锂。
[0019]作为一种选择地，步骤(2)中，对纳米AlN进行改性为通过液相沉积法，将氧化铝包覆在纳米AlN表面，实现纳米AlN的表面改性，得到AlN@Al2O3。
[0020]进一步地，将纳米AlN、磷酸钠放入烧杯中，加入去离子水，在超声波纳米分散器中超声分散后，加入KAl(SO4)2·
12H2O配制而成的饱和溶液，再次超声；用1％稀硫酸调节pH至5.5
‑
6.0，继续超声；所得悬浮液离心分离、洗涤后，将沉淀物恒温干燥，取出冷却后得到表面改性的纳米AlN。
[0021]其中，所用KAl(SO4)2·
12H2O为铝源，其铝离子含量低，溶液酸性弱，对体系影响小，易调节pH；磷酸钠为沉淀剂，两者反应得到前驱体沉淀，将前驱体热处理后得到氧化铝。每次进行超声处理时，超声分散时间为30min，超声频率为40
±
2kHz，超声功率为1250
±
5W。沉淀物干燥温度为250
‑
300℃，干燥时间为4
‑
6h。
[0022]作为另一种选择地，步骤(2)中，所述的物理法为采用等离子体对纳米AlN进行表面刻蚀。具体为：将纳米AlN放入等离子体清洗机中，通过等离子清洗机中产生的等离子体作用于纳米粒子表面，对纳米粒子进行刻蚀，得到表面改性的纳米AlN。等离子清洗机为滚筒型等离子清洗机，由反应腔(又称真空腔)、真空系统、放电系统、电控系统、进气流量控制系统组成。所用等离子体是大气压等离子体，所述放电形式选自大气压下的电晕放电、介质阻挡放电、射频放电、射流放电中的一种。等离子体反应气为氧气和氩气混合气，工作频率40
±
2kHz，功率300
±
5W，处理时间8
‑
12min。
[0023]具体地，步骤(3)中，称取干燥的三元共晶盐相变材料，加入去离子水，待三元共晶盐相变材料溶解后，向溶液中加入表面改性的纳米AlN，超声分散，形成均匀分散的悬浮液；随后继续超声，待大部分水分去除后，将混合溶液干燥，冷却后研磨成粉末，即得。
[0024]其中，超声分散时间为20
‑
40min，超声频率为40
±
2kHz，超声功率为1250
±
5W；在55
‑
65℃下超声时间为55
‑
65min，超声频率为40
±
2kHz，超声功率为120
±
5W。干燥温度为140
‑
160℃，干燥时间为20
‑
30h。
[0025]有益效果：
[0026](1)本专利技术复合材料采用三步快速筛选法得到三元共晶盐相变材料，通过化学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米导热增强的中高温相变储热复合材料，其特征在于，包括由氟盐、氯盐、碳酸盐复配而成的三元共晶盐相变材料，以及表面改性的纳米AlN导热增强材料；所述的导热增强材料均匀分散在三元共晶盐相变材料之中，且导热增强材料质量为复合材料总质量的0.5
‑
7％。2.根据权利要求1所述的纳米导热增强的中高温相变储热复合材料，其特征在于，所述的三元共晶盐相变材料由41
±
1mol％碳酸锂、26
±
1mol％氯化钠和33
±
1mol％氟化锂三种无机盐混合而成。3.根据权利要求1所述的纳米导热增强的中高温相变储热复合材料，其特征在于，所述表面改性的纳米AlN为表面包覆氧化铝的纳米AlN，或者表面经刻蚀的纳米AlN。4.权利要求1所述纳米导热增强的中高温相变储热复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用三步快速筛选法得到高潜热无机盐，并通过FactSage软件预测无机盐组成共晶体系的熔点，得到氟盐、氯盐、碳酸盐三元体系的最低共熔点及该温度下的成分配比，根据该配比配置三元共晶盐相变材料；(2)采用化学法或物理法对纳米AlN进行改性，得到表面改性的纳米AlN；(3)采用超声分散法将步骤(2)表面改性的纳米AlN，分散至步骤(1)三元共晶盐相变材料中，即得。5.根据权利要求4所述纳米导热增强的中高温相变储热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的三步快速筛选法包括：第一步：首先需要针对具有高相变焓的纯组分，实现热能储存系统的高储热能力，以高潜热纯组分为目标，锁定氯盐和氟盐；第二步：由于单一盐的相变温度较高，通过添加其他盐类来降低相变温度，将相变温度调至目标应...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宏亮，谈玲华，金翼，苗琪，张叶龙，李伟伟，王雪梦，杨飒，管佳璐，
申请(专利权)人：江苏金合能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：