CN103666381A - 一种相变储能材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相变储能材料，包括储能主体材料、增稠剂、成核剂和增强材料，其质量百分含量为：储能主体材料75%-99%、增稠剂0.1%-10%、成核剂0.2%-15%、增强材料0.01%-8%，储能主体材料为结晶水和盐，增稠剂由无机增稠剂、纤维类、聚丙烯酸酯类、聚氨酯类及天然高分子类增稠剂中的一种或多种组成，成核剂由焦磷酸钠、十水磷酸钠、二水硫酸钙、硫酸钾、硼酸钾、八水氢氧化钡、十二水磷酸氢二钠、硫酸钠中的一种或多种组成，增强材料为金属及金属氧化物粉末、碳材料、纳米粒子、泡沫材料中的一种或多种组成；本发明通过选取合适的材料及配比，减小了过冷度和相分离现象，表现了良好的循环稳定性，尤其在体系中添加增强材料，形成导热网络，从而使得材料的导热性提高2倍以上。
Description
[技术领域]
本发明涉及储能材料技术领域，具体地说是一种相变储能材料。
[背景技术]
随着能源短缺和环境污染问题的日益突出，利用新能源、提高能源的利用率越来越受到人们的重视。能量存储技术，作为解决能量供给－需求失衡问题的重要方法，备受国内外企业及相关研究机构的青睐。而其中，以相变储能材料为基础的热能存储是目前应用范围最广的能量存储技术之一。
相变储能即利用相变材料相变时吸热或放热来进行能量的存储和释放，其相对于显热储热，具有储能密度高、温度恒定等优点，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和空调的节能以及航空航天、纺织工业等领域都有广泛的应用，对实现经济、社会的可持续发展等至关重要。
相变储能材料作为相变储能的核心，可分为无机、有机及高分子类相变材料，无机相变储能材料以无机盐水合物为例，不仅具有熔点固定，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。
但无机盐水合物具有易过冷和相分离的缺点，使材料易析出，降低了材料循环使用寿命，严重制约了实际应用；且相较于有机物，导热系数较大，但在实际应用中仍有提升的必要。因此如何降低过冷、减少相分离以及提高材料的导热性能对于材料的实际应用至关重要。
鉴于此，若能提供一种不仅能减小过冷度及相分离现象，提高材料的循环 使用寿命，而且还能增强材料导热性能的相变储能材料，将可为储能领域的发展提供核心材料技术，具有非常重要的意义。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种相变储能材料，通过选取合适的材料及重量配比，减小了过冷度和相分离现象，表现了良好的循环稳定性。
为实现上述目的设计一种相变储能材料，包括储能主体材料、增稠剂和成核剂，所述储能主体材料、增稠剂、成核剂的质量百分含量为：储能主体材料75%-99%、增稠剂0.1%-10%、成核剂0.2%-15%。
优选的，所述储能主体材料、增稠剂、成核剂的质量百分含量为：储能主体材料98%、增稠剂1.5%、成核剂0.5%。
优选的，还包括增强材料，所述储能主体材料、增稠剂、成核剂、增强材料的质量百分含量为：储能主体材料75%-99%、增稠剂0.1%-10%、成核剂0.2%-15%、增强材料0.01%-8%。
优选的，所述储能主体材料92%、增稠剂4%、成核剂2%、增强材料2%。
优选的，所述储能主体材料为结晶水和盐，所述结晶水和盐为三水硝酸锂、三水醋酸钠、三水硝酸钙、三水磷酸氢二钾或五水合硫代硫酸钠。
优选的，所述增稠剂由无机增稠剂、纤维类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯类增稠剂及天然高分子类增稠剂中的一种或多种组成。
优选的，所述聚丙烯酸酯类增稠剂由聚丙烯酸钠、聚丙烯酸及共聚物中的一种或多种组成，所述天然高分子类增稠剂由黄原胶、瓜尔胶、槐豆胶、淀粉、明胶中的一种或多种组成。
优选的，所述成核剂由焦磷酸钠、十水磷酸钠、二水硫酸钙、硫酸钾、硼酸钾、八水氢氧化钡、十二水磷酸氢二钠、硫酸钠中的一种或多种组成。
优选的，所述增强材料为金属及金属氧化物粉末、碳材料、纳米粒子、泡沫材料中的一种或多种组成。
优选的，所述纳米粒子为纳米铜粉、碳纳米管中的一种或多种，所述泡沫材料为泡沫石墨、泡沫金属铝、泡沫铜中的一种或多种。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
（1）循环稳定性佳。本发明在储能主体材料中，选取合适的增稠剂、成核剂，优化材料配比，有效减小了材料在循环过程中的过冷度；增稠剂使本发明材料体系具有一定的粘稠度，阻止结晶水合物吸热脱水后下沉，防止材料放热结晶时不能与水重新结合，解决了材料分层现象，提高了材料的循环稳定性。
（2）导热性强。针对导热系数相对低的缺点，可在储能主体材料中加入增强材料，均匀分散在相变储能材料体系中，在相变储能体系中构成强导热网络或支撑材料，从而使得材料的导热性提高2倍以上，拓展了材料的应用范围。
[附图说明]
图1是本发明所述材料循环稳定性图。
[具体实施方式]
本发明提供了一种相变储能材料，通过选取合适的材料及配比，减小了过冷度和相分离现象，表现了良好的循环稳定性，尤其在体系中添加了增强材料，形成导热网络，从而使得材料的导热性提高了2倍以上。该相变储能材料由储能主体材料、增稠剂和成核剂组成，其质量百分含量为，储能主体材料75%-99%、增稠剂0.1%-10%、成核剂0.2%-15%。作为优选，其各组成成分及质量百分含量 为，储能主体材料98%、增稠剂1.5%、成核剂0.5%。
该相变储能材料中还包括增强材料，其质量百分含量为，储能主体材料75%-99%、增稠剂0.1%-10%、成核剂0.2%-15%、增强材料0.01%-8%。作为优选，各组成成分及质量百分含量为，储能主体材料92%、增稠剂4%、成核剂2%、增强材料2%。
其中，储能主体材料为结晶水和盐，尤指三水合物；该结晶水和盐为三水硝酸锂、三水醋酸钠、三水硝酸钙、三水磷酸氢二钾或五水合硫代硫酸钠等。增稠剂由无机增稠剂、纤维类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯类增稠剂及天然高分子类增稠剂中的一种或多种组成；聚丙烯酸酯类增稠剂由聚丙烯酸钠、聚丙烯酸及共聚物中的一种或多种组成；天然高分子类增稠剂由黄原胶、瓜尔胶、槐豆胶、淀粉、明胶等中的一种或多种组成。成核剂由焦磷酸钠、十水磷酸钠、二水硫酸钙、硫酸钾、硼酸钾、八水氢氧化钡、十二水磷酸氢二钠、硫酸钠中的一种或多种组成。增强材料为金属及金属氧化物粉末、碳材料、纳米粒子和泡沫材料中的一种或多种组成；纳米粒子为纳米铜粉、碳纳米管等中的一种或多种；泡沫材料为泡沫石墨、泡沫金属铝、泡沫铜等中的一种或多种。
下面结合附图及具体实施例对本发明作以下进一步说明：
实验例1
称取40g三水硝酸锂，3g碳纤维，4g淀粉，6g硫酸钡于反应容器中，搅拌10min混合均匀，放置于40℃的水浴中，水浴加热至三水硝酸锂完全熔化，待熔化后，用搅拌器搅拌20min，至组分间混合均匀，即得到相变储能材料。对相变储能材料进行循环稳定性实验，并进行DSC测试和导热性测试。样品循环1000次，焓值为240J/g，导热性是未加增强材料的2.2倍。
实验例2
称取46g三水醋酸钠，1g膨胀石墨，2g淀粉，1g十二水磷酸氢二钠，于反应容器中，搅拌10min混合均匀，在80℃的水浴中加热，至三水醋酸钠完全熔化，待样品熔化后，用搅拌器搅拌组分混合20min，至样品混合均匀，即得到相变储能材料。对相变储能材料进行循环稳定性实验，并进行DSC测试，和导热性测试。其循环稳定性图详见图1，循环3000次，仍无衰减；导热性是没有加增强材料的相变储能材料的2倍。
实验例3
称取49g三水醋酸钠，0.25g纳米铜粉，0.5g明胶，0.25g焦磷酸钠，于反应容器中，搅拌10min混合均匀，在80℃水浴锅中，加热至样品完全熔化，待熔化后，充分搅拌20min，至样品混合均匀，即得到相变储能材料。对相变储能材料进行循环稳定性实验，并进行DSC测试和导热性测试。循环2500次，焓值为230J/g；导热性是未加增强材料的导热性的2.5倍。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种相变储能材料，其特征在于，包括储能主体材料、增稠剂和成核剂，所述储能主体材料、增稠剂、成核剂的质量百分含量为：储能主体材料75%-99%、增稠剂0.1%-10%、成核剂0.2%-15%。
2.如权利要求1所述的相变储能材料，其特征在于，所述储能主体材料、增稠剂、成核剂的质量百分含量为：储能主体材料98%、增稠剂1.5%、成核剂0.5%。
3.如权利要求1所述的相变储能材料，其特征在于，还包括增强材料，所述储能主体材料、增稠剂、成核剂、增强材料的质量百分含量为：储能主体材料75%-99%、增稠剂0.1%-10%、成核剂0.2%-15%、增强材料0.01%-8%。
4.如权利要求3所述的相变储能材料，其特征在于，所述储能主体材料92%、增稠剂4%、成核剂2%、增强材料2%。
5.如权利要求1至4中任一项所述的相变储能材料，其特征在于，所述储能主体材料为结晶水和盐，所述结晶水和盐为三水硝酸锂、三水醋酸钠、三水硝酸钙、三水磷酸氢二钾或五水合硫代硫酸钠。
6.如权利要求1至4中任一项所述的相变储能材料，其特征在于，所述增稠剂由无机增稠剂、纤维类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯类增稠剂及天然高分子类增稠剂中的一种或多种组成。
7.如权利要求6所述的相变储能材料，其特征在于，所述聚丙烯酸酯类增稠剂由聚丙烯酸钠、聚丙烯酸及共聚物中的一种或多种组成，所述天然高分子类增稠剂由黄原胶、瓜尔胶、槐豆胶、淀粉、明胶中的一种或多种组成。
8.如权利要求1至4中任一项所述的相变储能材料，其特征在于，所述成核剂由焦磷酸钠、十水磷酸钠、二水硫酸钙、硫酸钾、硼酸钾、八水氢氧化钡、十二水磷酸氢二钠、硫酸钠中的一种或多种组成。
9.如权利要求3至4中任一项所述的相变储能材料，其特征在于，所述增强材料为金属及金属氧化物粉末、碳材料、纳米粒子、泡沫材料中的一种或多种组成。
10.如权利要求9所述的相变储能材料，其特征在于，所述纳米粒子为纳米铜粉、碳纳米管中的一种或多种，所述泡沫材料为泡沫石墨、泡沫金属铝、泡沫铜中的一种或多种。
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