[发明专利]一种石墨化分级多孔碳复合相变储能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨化分级多孔碳复合相变储能材料及其制备方法，其是通过采用价格低廉的碳前驱体与石墨化催化剂、造孔剂为原料，经球磨混合、炭化等工艺制备石墨化分级多孔碳；再以所制得的石墨化分级多孔碳作为支撑材料，与相变材料进行复合得到所述石墨化分级多孔碳复合相变储能材料。本发明所制得的多孔碳材料具有三维互通分级多孔网络结构及高石墨化程度，不仅有利于相变材料的定型封装，同时可提供良好的导热网络通道，增强传热性能；且采用含金属盐的添加剂来制备多孔碳材料，在制备过程中可利用碳热还原反应还原出部分金属物质，以进一步增加材料的导热性能，从而得到具有高导热性能、化学稳定性好及储热效果的复合相变储能材料。

技术领域

本发明属于碳素材料技术领域，具体涉及一种石墨化分级多孔碳复合相变储能材料及其制备方法。

背景技术

在工业高速发展的当代，能源已经成为推动社会经济发展的主要驱动力。而当今能源结构仍以化石燃料等不可再生能源为主，且由于储量有限及过度开发等问题，使得能源枯竭和环境污染已然成为制约社会发展的重要因素，为此，寻找开发清洁高效的可再生新能源及提高能源的利用率已成为当前的迫切任务。相变材料价格低廉且具有高能量密度，其在相变过程中可吸收或释放大量的热能，故可较好地解决能源短缺及能量供需失配的问题，从而提高能源的利用率，这使其成为当前的研究热点，并在空调节能、建筑材料、太阳热能利用、航天航空和电子设备散热等领域具有广泛应用前景。

传统的相变材料主要分为无机相变材料和有机相变材料，其中无机相变材料具有导热系数高、储能密度大等优势，但存在腐蚀性大、过冷度大及易于相分离等不足；而有机相变材料虽具有价格低廉、化学性能稳定、腐蚀性小、基本无过冷及相分离现象等优点，但其存在导热系数低及易于泄露等缺点，这在一定程度上限制了他们的直接应用。因此，为了克服单一无机或有机相变材料的不足，将相变材料掺入支撑基底材料中，对其进行封装得到复合相变储能材料，可利用它们之间的协同效应，得到优于单一相变材料的导热性能及化学稳定性能，从而进一步扩大其应用领域。

目前采用的封装材料主要有机材料和无机材料，其中无机材料（如蒙脱土、膨胀蛭石、碳材料），特别是三维多孔碳材料具有优于有机材料的导热性能及热稳定性能，将其引入相变材料中，可大大改善材料的导热系数和化学稳定性。但大部分的三维多孔碳存在大量的大孔结构或微孔结构，大孔结构对相变材料的吸附效果较差，而微孔结构则不利于相变材料的分子运动，两者均在一定程度上降低了其相变潜热，储能效果较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种石墨化分级多孔碳复合相变储能材料及其制备方法，其具有高导热性能、化学稳定性好及储热效果好的特点，且其制备方法工艺简单、成本低、环境友好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨化分级多孔碳复合相变储能材料，其制备方法包括如下步骤：

（1）石墨化分级多孔碳的制备：将碳前驱体、石墨化催化剂和造孔剂混合，并加入混合物重量1~10倍的溶剂，100r/min~600r/min球磨0.5h～6h，待球磨均匀后放入干燥箱中，60～100℃干燥2~12h以去除溶剂，待冷却至室温后再放入气氛炉中，在氮气或氩气的保护性气氛中，以1℃/min~10℃/min的速度升温至500℃~1100℃，保温3h~6h，得石墨化分级多孔碳，冷却至室温备用；

（2）石墨化分级多孔碳复合相变储能材料的制备：将步骤（1）所得石墨化分级多孔碳于无水乙醇中超声分散1h，再加入相变材料，并加热至相变材料的熔点之上，搅拌1h～3h，然后于80℃干燥至恒重，冷却至室温后取出，即得所述石墨化分级多孔碳复合相变储能材料。

步骤（1）中所用碳前驱体、石墨化催化剂和造孔剂的质量比为1:(1~10):(1~10)。

其中，所述碳前驱体为煤沥青、石油沥青、天然沥青、中间相沥青、木沥青、木质素、酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、糠醛树脂、糠醇树脂、呋喃树脂中的任意一种。