[发明专利]一种粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料及其制备方法

说明书

一种粉煤灰基固‑固复合相变储能发热材料及其制备方法，属于相变储能发热材料领域。该粉煤灰基固‑固复合相变储能发热材料包括：基体材料50～70％，无机复合相变材料为30～50％，粘结剂为1～3％；所述的基体材料为：粉煤灰为45～50％，铝渣为40～45％，铬铁矿砂为5～15％；所述的无机复合相变材料中，按质量比，氯化钠：氟氢化钾＝1:1。所述的粘结剂为水玻璃，水玻璃的质量浓度为10～20％，模数为3～3.5。其制备方法为：混合、压制、干燥、烧结，得到的材料在低温100℃～1000℃发生多次相变，连续放出相变潜热，总体放热量大，耐火度高达1790℃以上，荷重软化温度1600～1700℃，材料强度和导热等各项性能均达到预期目标。

技术领域

本发明属于相变储能发热材料技术领域，具体涉及一种粉煤灰基固-固复合相变储能发热材料及其制备方法。

背景技术

工业技术的发展造成的能源短缺以及环保问题加剧，各国已经开始重视可再生能源利用和回收废热，储热技术可用于解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的有效手段，保温发热材料在电力的“移峰填谷”、太阳能利用、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广泛的应用前景，已成为世界工业技术发展的方向。

储热技术按存储热能的方式可被划分为三种：湿热储热、潜热储热及化学反应储热，由于相变储热材料单位质量的储热密度大，且可保持在其相变温度点附近进行吸放热，具有工作温度恒定等优点，许多学者针对相变材料的热物性质及其实际应用性能进行了相关研究。根据相变储能材料的相变形式，一般可以分为固-固相变、固-液相变、液-气相变和固-气相变，对于液-气相变和固-气相变，其相变潜热很大，但是相变物质的体积变化更大，一般在实际过程中，不采用，而固-固相变材料相比传统的固-液相变材料具有如下优势：(1)相变过程中无液相物质产生不致泄漏，便于盛装；(2)相变过程中由于膨胀系数小使其相变前后的体积变化较小；(3)过冷度较小且无相分离问题存在。但是，目前针对固-固相变储热材料的探讨较少，仍需更进一步的深入研究。

对于固-固相变储能材料，主要有三类：(1)无机盐类，(2)多元醇类，(3)有机高分子类；对于无机盐类其主要利用无机盐的晶型变化进行吸热和放热，主要代表物质有层状钙铁矿、Li₂SO₄等，其相变温度高、适合高温范围内的储能和控温过程，不能完全满足实际需要。对于多元醇类，其相变焓大，相变温度适合中、高温储能，其性能稳定，但是易挥发损失。

赵海东等公开了粉煤灰基高温复合相变蓄热材料的制备(参考文献：“粉煤灰基高温复合相变蓄热材料的制备”[J].山西大同大学学报(自然科学版).2016,(32)5,38-40)，其采用混合烧结法来制备粉煤灰基高温复合相变蓄热材料，具体步骤为：将粉煤灰高温灼烧去除碳和硫，清洗去除铁，作为基体材料，相变材料铝粉混合，加入PVA溶液混合后，压片，烧结冷却，制备出铝粉/粉煤灰基高温复合相变蓄热材料，该方法中，粉煤灰破裂为片状结构，烧制过程中，部分Al和Fe发生了相转移，晶型发生转变，但是该方法采用铝粉容易氧化，形成氧化铝，不能发生相转变，从而使得生成的产品不能作为相变蓄热材料。

张焘等公开了无机盐/陶瓷基相变复合材料研究进展(参考文献：无机盐高温相变储能材料的研究进展与应用[J].无机盐工业，2008,(40)4,11-14)，指出该储能材料是由多微孔陶瓷基体和分布在基体微孔网络中的相变材料(无机盐)复合而成，由于毛细管张力作用，无机盐熔化后保留在基体内流不出来；使用过程中可以同时利用陶瓷基材料的显热又利用无机盐的相变潜热，而且其使用温度随复合的无机盐种类不同而变化，范围为450～1100℃，热值高达80-100kJ/kg。但是该方法制备的相变储能材料没有低温相变过程，并且重复使用会产生相变剂和陶瓷相的重力分层。