[发明专利]一种成型烧结碳为载体的定形相变材料及其制备方法

说明书

本发明针对上述技术问题提出了一种成型烧结碳为载体的定形相变材料及其制备方法，解决现有的复合相变材料储能易流失、导热性低、封装性差、尺寸形状设计性差的问题，上述定形相变材料包括质量分数为85％‑95％的有机高分子相变材料和质量分数为5％‑15％的成型烧结碳，所述成型烧结碳通过表面相容性处理，所述相变材料分布于成型烧结碳的碳颗粒之间的间隙内，其制备方法包括制备成型烧结碳、表面相容性处理、相变材料加热熔化及加压渗透。

技术领域

本发明涉及相变储能材料技术领域，具体为一种成型烧结碳为载体的定形相变材料及其制备方法。

背景技术

相变材料具有广泛应用领域，虽然对相变储能技术的理论研究较短，但发展很迅速，成为在能源利用有极大价值的新材料。相变材料能够在相变过程中伴随着大的相变潜热，而且在这个过程中材料是恒温的，这使得能量的储存和温度的控制领域方便与有效。

在常用的相变材料中，有机高分子具有较高的相变潜热，相对无机水合盐的相变材料没有过冷及析出现象，性能稳定，无毒、无刺激性、无腐蚀性，价格便宜等优点。但是有机高分子材料的导热系数低，同时存在固－液相变过程易发生泄露。

定形相变材料并不是一种单一的物质，而是一种复合材料。在对固-液相变材料进行利用时，为了克服相变过程中产生的液相流动，通过制备复合材料或封装的方式进行处理，制得的一种宏观上的固固相变材料。近年来中国专利(专利号201610990460.2)提供了一种海泡石为载体的定形相变材料，但是该载体的导热系数低，热转换率低，为此专利(专利号201310168307.8)提供了一种多孔金属载体，但是该载体不易表面处理，对相变材料的使用也局限于一些低熔点金属或合金。多孔碳材料由于其良好的导热性和孔隙结构，也被广泛应用于相变载体材料，专利(201510975477.6)、专利(201210462152.4)和专利(201310039705.X)分别提供了膨胀石墨、活性炭和碳纳米管作为载体，但是这些多孔碳复合定形材料工艺流程复杂，成本高、尺寸设计性差。

而本发明的成型烧结碳与上述碳材料相比，其孔隙结构既包括碳颗粒本身的孔隙也包括碳颗粒之间的孔隙，因此具备更大的比表面积和孔容，吸附性能更好，而且烧结碳先成型再烧结，可以得到所需形状和尺寸的成型烧结碳，与用户的换热装置在形状上完全贴合，最大程度地减小了换热阻力。本发明通过压力渗透法将液态的相变材料完全渗透到成型烧结空隙中，具有高储能密度、高能量转换效率，在相变储能领域具有广泛应用前景。

发明内容

本发明针对上述技术问题提出了一种成型烧结碳为载体的定形相变材料，解决现有的复合相变材料储能易流失、导热性低、封装性差的问题。

上述相变材料的技术方案在于：包括质量分数为85％-95％的有机高分子相变材料和质量分数为5％-15％的成型烧结碳，所述成型烧结碳通过表面相容性处理，所述相变材料分布于成型烧结碳的碳颗粒之间的间隙内。

所述成型烧结碳由碳颗粒成型烧结，所述有机高分子相变材料为石蜡、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种的混合物。

上述相变材料的制备方法如下：

A、将碳颗粒成型烧结，制备成型烧结碳；

B、对成型烧结碳进行表面相容性处理；

C、将有机高分子相变材料加热熔化，使其温度达到80℃～90℃；

D、将上述成型烧结碳加入到熔融的有机高分子相变材料中，对上述熔化后的相变材料加压1-5MPa，使其渗透进入成型烧结碳碳颗粒之间的间隙内，制备获得成型烧结碳复合定形相变材料。

在上述步骤A中，采用椰壳制粉末活性炭颗粒与高密度聚乙烯(HDPE)按质量比3:1或5:1混合，搅拌均匀并装入成型模具，在温度120-170℃，压力10-20MPa下加压30min，制备形成成型烧结碳。