CN102604599A

CN102604599A - 一种无机相变储能材料

Info

Publication number: CN102604599A
Application number: CN2012100377530A
Authority: CN
Inventors: 刘硕; 刘承梅; 冯英俊
Original assignee: SHANGHAI XUNENG NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI XUNENG NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明涉及储能材料技术领域，尤其指一种无机相变储能材料，其各组份质量百分比含量如下：储能材料70-99.5％，成核剂0.25-20％，改性剂0.1-15％，水0.1-15％。所述储能材料为碱类水合物或结晶水合盐，尤指碱类水合物；所述成核剂为碳酸盐，所述改性剂为分散剂。依本发明通过选择适合的成核剂及其配比，可以有效地解决材料相分离，特别的通过在体系中添加分散剂，而制备的相变储能材料，循环稳定性好，同时经过上千次循环后潜热值没有变化。

Description

一种无机相变储能材料

技术领域

本发明涉及储能材料技术领域，尤其指一种无机相变储能材料。

背景技术

能量储存的研究是能源安全和可持续发展的战略性课题，其中热量的储存和应用与国际民生息息相关。储能技术，特别是相变储能技术是合理有效利用现有能源、优化使用可再生能源和提高能源利用效率的重要技术，是近20年来世界节能领域一个非常活跃的研究方向。

利用材料的相变来储存能量，实现能量的储存和利用，是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。即利用相变时吸热或放热来进行能量的存储和释放，具有储能密度高、温度恒定等优点，已成为最有发展前途的储热材料。因此，研究和开发高性能的相变材料，也备受国内外企业以及相关研究机构的青睐。相变储能材料一般可分为无机相变储能材料、有机相变储能材料、复合相变储能材料和金属相变储能材料，其中，无机相变储能材料常见的无机盐水合物、碱水合物、活性白土及矿棉等。

无机盐水合物的通式为AB「nH₂O，其具有熔点固定，相变热ΔHf(约254kJ/kg)、导热系数(约0.5W/m「℃)以及体积储能密度(约350MJ/L)大等优点，且由于成本低、制备简单，因而有良好的应用前景；其储能过程主要是升温时结晶水脱出，无机盐熔解而吸热；降温时发生逆过程，吸收结晶水而放热。这类相变材料主要包括碱及碱土金属的卤化物、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐等，如Na₂HPO₄「12H₂O作为低成本、高储能性能的商用相变材料，其相变温度为35.4℃，相变潜热为266kJ/kg，但上述无机盐水合物材料易出现过冷和相分离现象，导致材料析出，降低循环寿命，严重制约实际应用。产生过冷现象是由于无机盐水合物的结晶成核性能较差，因此实际应用过程中需添加防过冷剂和防相分离剂。防过冷剂主要起成核剂和改性剂的作用，主要包括硼砂、硫酸钙和活性白土等；防相分离剂主要有高分子吸水树脂、羧甲基纤维素和表面活性剂材料等；实际生产中通常还会添加过量的水，以减少无水盐的形成，防止流化床堵塞，但该方法也导致储能系统储能密度大幅度降低。

基于此我们研究了一种稳定的无机相变储能材料，这类材料将能量以热能的形式储存起来，以供需要时使用，解决了热能供给-需求失衡的问题，并且在废热和余热的回收利用、太阳能利用、电力的“移峰填谷”、工业与民用建筑供暖供热、空调的节能、航空航天以及纺织工业等领域都有广泛的应用。它能应用于太阳能热水器、地暖、空调、汽车保暖、建筑节能、工业余热回收以及其它供热系统等领域。因此此类发明具有巨大的应用价值。

发明内容

本发明针对现有技术之不足和缺陷，提供一种无机相变储能材料，其具有稳定性高，不容易出现过冷、相分离现象，潜热能量高等优点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明所述的一种无机相变储能材料，其各组成成份及百分比含量如下：

优选地，各组成成份及百分比含量如下：

优选地，各组成成份及百分比含量如下：

其中，所述储能材料为碱类水合物或结晶水合盐。所述碱类水合物为一水氢氧化钠、八水氢氧化锶、一水氢氧化钡、八水氢氧化钡等；所述结晶水合盐类物质为十二水磷酸氢钠、十二水硫酸钠、三水醋酸钠、七水硫酸镁等。

其中，所述成核剂为碳酸盐。所述碳酸盐为碳酸钙、碳酸钡、碳酸锶或碳酸镁中的一种或几种任意比混和。

其中，所述改性剂为分散剂。所述分散剂为聚羧酸盐类、羟甲基纤维素钠、有机磷酸盐类、脂肪酸类、脂肪族酰胺类、硫酸及磺酸类表面活性剂、酯类或低分子蜡类中的一种或几种任意比混和。所述羧酸盐类为聚天冬氨酸钠、水解马来酸酐、聚丙烯酸钠或聚还氧琥珀酸钠中的一种或几种任意比混和。

本发明的有益效果为：

(1)循环使用寿命长。本发明公开了一种无机相变储能材料，特选用分散剂作为改性剂，而非常用的增稠剂，分散剂可以在分散的同时防止填料粒子之间相互聚集，由于其具有适当的相容性和热稳定性，可以使材料具有很好的流动性有效克服了现有技术容易出现的循环寿命短的问题。

(2)无明显过冷现象。因本发明采用碳酸盐作为成核剂，其具有低级的晶格面，其晶格结构与储能材料相互匹配，能够有效影响储能材料结构，且与上述储能材料不发生化学反应，能有效促进过冷液体的结晶，故无需在组份中另行加入防过冷剂，有效地保持了无机材料本身的较高的热焓值，从而达到本发明过冷度小的现象产生之目的。

(3)具有较高焓值。具体而言，本发明所述的储能材料为碱类水合物和结晶水合盐，这类材料具有良好的结晶性、融解热大、导热系数相对较大、体积储热密度大等特点，因而其可以用作具有高焓值的储能材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

实施例一

将0.25Kg的碳酸钡(成核剂)，0.1Kg的聚天冬氨酸钠(改性剂)和0.15Kg水，充分混合，后加温至60℃以上，得到混合均匀的混合物；再向混合物中加入99.5Kg的八水氢氧化钡，加热混合物至80℃左右，使八水氢氧化钡充分熔化，熔化后剧烈搅拌至四种材料混合物均匀，直至混合物无分层现象产生，即得到了产品A1。

对上述所得产品A1进行DSC分析，结果见表1，另外对产品A1进行步冷曲线测试，结果见表2。

实施例二

将2.0Kg的碳酸钙(成核剂)，1.0Kg的水解马来酸酐(改性剂)和4.5Kg水，充分混合，后加温至60℃以上，得到混合均匀的混合物；再向混合物中加入93Kg的三水醋酸钠，加热混合物至80℃左右，使三水醋酸钠充分熔化，熔化后剧烈搅拌至四种材料混合物均匀，直至混合物无分层现象产生，即得到了产品A2。

对上述所得产品A2进行DSC分析，结果见表1，另外对产品A2进行步冷曲线测试，结果见表2。

实施例三

将1.5Kg的碳酸锶(成核剂)，2.0Kg的羟甲基纤维素钠(改性剂)和3.0Kg水，充分混合，后加温至60℃以上，得到混合均匀的混合物；再向混合物中加入87Kg的十二水硫酸钠，加热混合物至80℃左右，使十二水硫酸钠充分熔化，熔化后剧烈搅拌至四种材料混合物均匀，直至混合物无分层现象产生，即得到了产品A3。

对上述所得产品A3进行DSC分析，结果见表1，另外对产品A3进行步冷曲线测试，结果见表2。

实施例四

将20Kg的碳酸镁(成核剂)，15Kg的聚天冬氨酸钠(改性剂)和15Kg水，充分混合，后加温至60℃以上，得到混合均匀的混合物；再向混合物中加入50Kg的八水氢氧化锶，加热混合物至80℃左右，使八水氢氧化锶充分熔化，熔化后剧烈搅拌至四种材料混合物均匀，直至混合物无分层现象产生，即得到了产品A4。

对上述所得产品A4进行DSC分析，结果见表1，另外对产品A4进行步冷曲线测试，结果见表2。

表1：制备样品的热物性表

表2：制备样品的步冷曲线数据表

从表1可以看出，通过本发明组份制得的无机相变储能材料具有极高的焓值，这说明其具有非常高的潜热能；通过对其循环100次后进行DSC的测试仍然显示出非常高的焓值，说明材料循环使用并没有对其放热能力产生影响，该材料具有非常好的稳定性；从表2中可以看出，步冷曲线平台时间短，表明其相变时间比较短，同时曲线平台没有变化也说明其没有明显过冷现象产生。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种无机相变储能材料，其特征在于，其各组成成份及百分比含量如下：

2.根据权利要求1所述的无机相变储能材料，其特征在于，其各组成成份及百分比含量如下：

3.根据权利要求1所述的无机相变储能材料，其特征在于，其各组成成份及百分比含量如下：

4.根据权利要求1所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述储能材料为碱类水合物或结晶水合盐。

5.根据权利要求4所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述碱类水合物为一水氢氧化钠、八水氢氧化锶、一水氢氧化钡、八水氢氧化钡等。

6.根据权利要求4所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述结晶水合盐类物质为十二水磷酸氢钠、十二水硫酸钠、三水醋酸钠、七水硫酸镁等。

7.根据权利要求1所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述成核剂为碳酸盐。

8.根据权利要求7所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述碳酸盐为碳酸钙、碳酸钡、碳酸锶或碳酸镁中的一种或几种任意比混和。

9.根据权利要求1所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述改性剂为分散剂。

10.根据权利9所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述分散剂为聚羧酸盐类、羟甲基纤维素钠、有机磷酸盐类、脂肪酸类、脂肪族酰胺类、硫酸及磺酸类表面活性剂、酯类或低分子蜡类中的一种或几种任意比混和。

11.根据权利要求10所述的无机相变储能材料，其特征在于：所述羧酸盐类为聚天冬氨酸钠、水解马来酸酐、聚丙烯酸钠或聚还氧琥珀酸钠中的一种或几种任意比混和。