[发明专利]一种利用铝矾土制备高导热型相变储能材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用铝矾土制备高导热型相变储能材料的方法，属于储能材料制备领域。

背景技术

能源短缺成为当今社会一个日益严峻的问题，因此开发新的高效储能技术，提高能源利用效率，与寻找新的能源同等重要。而作为能量供应重要方式之一的热能，与我们日常生活密不可分。但是热能往往存在供需时空不匹配的问题，所以它的应用需要一种更有效的能量储存方式，可以使其在热能充足时把多余的热能储存起来以便在需要时使用，所以热能储存与释放在保存有效能量和提高能源利用率方面起着非常重要的作用。

而作为能量供应重要方式之一的热能，与我们日常生活密不可分。热能存储一般分为三种方式，即显热储能、化学反应储能和潜热储能。显热储能简单容易实现，但储能密度小，装置体积大，储能体系的温度不宜控制；化学反应储能是通过可逆的化学反应来进行储热放热的，储能密度较大但是过程复杂，实际应用比较难；相变储能是材料发生物理相转变时能量的储存和释放。与其他储能方式相比，相变储能有以下优点：相变储能材料在吸收和释放能量的过程中近似恒温并且温度易控制，每个体积单元储存的能量是显热储能材料的5～14倍，此外储能装置体积小，易于实现。因此，相变储能材料成为最有前景的储能技术之一，并且应用广泛，例如太阳能利用、工业余热回收、电力的移峰填谷、建筑节能、特殊控温服装、现代农业温室等。

提高相变储能材料的导热性能对提高能源利用效率具有重要意义。传统的导热增强型复合相变储能材料多采用物理吸附和掺杂的方式来达到导热增强的目的。通过吸附作用制备相变储能材料利用的是支撑材料的多孔性，但是具有多孔结构的材料种类有限，而且前处理过程繁琐，条件苛刻。而掺杂高导热系数的金属或金属氧化物颗粒制备的材料不容易均匀，主要是由于纳米颗粒比表面积大，表面能较高，易出现团聚和沉降现象，过程中需要加入表面活性剂或有机溶剂。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前传统相变储能材料导热性不高影响到能源利用效率，而常用的增强相变储能材料导热性的方法多采用物理吸附和掺杂的方式来实现，但是物理吸附材料种类有限，处理过程繁琐，条件苛刻，掺杂高导热系数的金属或金属氧化物颗粒制备的材料不容易均匀，易出现团聚和沉降现象，过程中需要加入表面活性剂或有机溶剂的缺陷，提供了一种利用铝矾土为原料制得铝溶胶并和硅溶胶发生脱水缩合反应，得到高导热硅铝三维支撑体，辅以相变组份聚乙二醇制得相变焓值较高、导热性能好的复合定形相变储能材料，该方法直接以高导热硅铝体系作基料，既化解了传统物理吸附方法过程中材料有限，处理复杂的难点，同时也解决了掺杂填料导致的材料出现团聚、沉降的不足，而且避免了表面活性剂和有机溶剂的使用，无形当中节约了成本，提高了产品的使用效率。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）将1～2kg铝矾土矿石先用锤式粉碎机粉碎成粒径在3～5cm之间的碎石块，再将粉碎后的碎石块放入不锈钢球磨机中，按球料比为10:1向球磨机中加入碳化钨球磨珠，球磨1～2h后出料过200目标准筛，得铝矾土矿石粉；

（2）取300～400g铝矾土矿石粉浸入1～2L质量浓度为40%的碳酸钠溶液中，放置在摇床上振荡反应20～30min后，静置过滤得到滤液，将400～500mL得到的滤液放入底部装有曝气装置的1L烧杯中，向烧杯内通入二氧化碳进行曝气处理40～60min；

（3）曝气结束后，将混合液倒入布氏漏斗，抽滤得到滤出物，将其放入烘箱在105～110℃下干燥至恒重，再移入马弗炉中，以800～900℃的温度煅烧2～3h后得氧化铝粉末；

（4）将50～100g上述制得的氧化铝粉末放入500mL烧杯中，加入200～300mL浓度为0.5mol/L的硝酸溶液，用磁力搅拌机搅拌20～30min后过滤得滤液，向滤液中持续加入质量浓度为17～20%的浓氨水，直至无糊状物产生；

（5）将上述得到的混合物放入旋转蒸发器中，旋蒸浓缩得到粘稠糊状物后，将糊状物加进其体积2～3倍的去离子水中，超声分散后用浓度为0.5mol/L的硝酸调节pH至6～7后，于85～95℃下回流1～2h得到透明铝溶胶；

（6）将正硅酸乙酯和水按体积比为3:5进行混合，在55～65℃的水浴中超声搅拌10～15min，超声功率为100～200W，向超声后的乳浊液中加入质量浓度为1mol/L的硝酸溶液，直至乳浊液pH达到2～3，水解反应15～25min得硅溶胶；