[发明专利]一种梯级多孔异质复合相变材料的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于复合相变材料领域，具体涉及适用于不同温度的梯级多孔异质复合相变材料的制备方法。

 

背景技术

能源储存是能源科学与技术的重要分支。目前人类正面临能源危机，传统的化石能源有限，已经不能满足未来人类发展的需求。使用化石能源还会造成严重的环境污染，排放出的大量的温室气体使气候恶化。为此，人类开发了太阳能、风能、海洋能等清洁能源。但是，这些能源多属于自然能源，缺少人为可控性，具有分散性、间歇性、波动性等特点，从而使用效率低，不适合投入大规模工业化生产。此外，余能废能约占燃料总消耗量的30%以上，对工业废热余热的有效回收和再利用，是节能降耗和减少热污染的最有效途径之一。由于储能技术可解决能源供求在时间和空间上不匹配的问题，因而是提高能源利用率、减少化石能源消耗的有效手段。

相变储能是最具应用前景的储能技术之一。相变储能材料，简称相变材料（Phase Change Materials, PCM）具有储能密度大，储能与释能过程近乎恒温等特点，近几十年来逐渐成为众多科研工作者研究的热点。根据使用温度，相变材料可分为常低温材料与高温材料。常低温材料适用温度主要在20 ℃～200 ℃，主要包括一些无机盐水合物、有机物以及高分子等材料；而高温相变材料的相变温度主要在200 ℃～1000 ℃，主要包括的是一些熔融盐，也有金属及合金，适用于一些特殊的高温环境。相变材料中应用最广泛的是固液相变材料，在储能放热过程中存在固态向液态的变换。为了避免相变材料液相时发生泄露，并且减轻其对容器的腐蚀作用，可以将相变材料分散于多孔基体中，从而形成定形复合相变材料。在多孔基负载型复合相变材料领域，膨胀石墨是使用频率最高的多孔基体。以该类材料为基材时，芯材的选择大部分是有机类的相变材料，如石蜡、直链烷烃、饱和脂肪酸等，也有小部分是无机水合盐，所制得的多孔基复合相变材料适用于常低温储能领域。膨胀石墨基材也少量用于高温相变领域，同济大学的张东教授发表了专利“一种具有相变储能功能的相变石墨粉及其制备方法”（专利号CN102031090A），公开了以石墨为基体，以无机盐水合物或高温无机盐相变材料为芯材的复合相变材料的制备方法。该专利中提及到以硝酸钠和硝酸钙的饱和水溶液浸渍石墨粉制备出相变复合材料，其相变温度为225℃，适于高温领域。

以其他多孔基材负载相变材料的研究中，相变芯材的选择大部分也是有机类相变材料，涉及到无机熔融盐的占小数。专利CN102061403A提出了一种多孔材料基体和复合相变蓄热材料及其制备方法，以含钙原料和含硅原料制备多孔基体，并加入纳米金属粉，将无机盐相变材料及多孔基体一并移入高温设备，在高于无机盐熔点的温度下使得相变材料渗入到多孔材料的基体中。上述的专利均提出了无机盐相变材料与多孔基体复合的基本思路，制备出的多孔基材复合相变材料可用于太阳能高温储存利用和工业余热利用。但是由于流程工业间歇性余热具有不稳定、温域大等特点，若回收利用，凭单一相变温度的相变复合材料并不足以满足实际需要，因而在实际工程应用上具有一定局限性。

 

发明内容

本发明的目的是：提出一种适用于流程工业间歇性余热有效回收或者是太阳能等清洁能源发展需要的梯级多孔异质复合相变材料，该材料适用于高温领域，与纯熔融盐相比，一方面解决了实际应用过程中液态熔融盐的泄漏问题，减缓相变材料本身对容器的腐蚀作用，同时能够提高热导率，传热性能更好，从而有效提高了热能利用效率。制备得到的一系列适用于较宽温域的梯级多孔异质复合相变材料与单一温度的相变材料相比更能适用于工业废热余热回收的实际情况。