[发明专利]一种[碳纤维网-富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料及其制备装置和方法

说明书

本发明涉及一种[碳纤维网‑富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料及其制备装置和方法。其材料的外层是以碳纤维网增强高硅铝合金作为支撑外壳和内层是铝硅共晶合金的作为相变储能材料，其中外层碳纤维网增强高硅铝合金中硅的质量分数为80％～90％，铝的质量分数为20％～10％；内层铝硅共晶合金中硅的质量分数为12.6％，铝的质量分数为87.4％。本发明所制备的[碳纤维网‑富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料表现出优异的热循环结构稳定性，从根本上解决储能材料与盛装容器的腐蚀性问题。在热循环相变储能过程中，外层的碳纤维网‑富硅层可作为外壳来支撑内部共晶铝硅相变储能合金，从而省略了铁基封装容器直接用于中高温相变蓄热装置。

技术领域

本发明涉及一种[碳纤维网-富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料及其制备装置和方法，属于相变储能材料技术领域。

背景技术

现今社会的能源危机正使得人们迫切地寻求高效的能源利用方式和清洁能源以减少对传统化石能源的依赖。相变储能材料是一种可以通过熔化/凝固过程吸收/释放大量的相变潜热的材料，具有储能密度高、能量传输过程稳定和易与运行系统匹配的等特殊优点，被广泛应用于热能存储与转化领域。

共晶铝硅合金，即Al-12.6wt.％Si合金，具有相变温度高、潜热大、导热系数高、储能密度大以及资源丰富的特点，在中高温储能领域极具发展应用前景。然而，共晶铝硅合金作为相变储能材料所面临的最大的挑战是对铁基封装容器具有高度腐蚀性(共晶铝硅合金熔体需要通过铁基容器进行盛装，在相变储能过程中铝合金熔体对铁基容器具有强烈的腐蚀性)，这限制了其长期和大规模应用。为防止或减缓共晶铝硅合金熔体对铁基容器的浸蚀，国内外科研团队主要采用两种策略：一种是通过陶瓷涂料、热浸镀铝、化学渗硼、动力喷涂金属陶瓷等技术对铁基储热容器进行表面陶瓷化处理，避免共晶铝硅合金熔体与铁基容器直接接触。另一种是利用溶胶-凝胶法在共晶铝硅合金颗粒表面包覆Al₂O₃壳层，构建共晶铝硅@陶瓷核壳结构微粒，进行共晶铝硅合金熔体微胶囊封装。毋庸置疑，国内外学者通过陶瓷隔离思路对共晶铝硅合金相变储热技术的发展和应用固然是有益的。但以增加陶瓷层来抗铝液腐蚀的各种措施，仍无法彻底解决陶瓷层与基体间热膨胀系数差异而导致的耐腐蚀层热循环开裂等关键瓶颈问题，难以满足太阳能热发电工业发展的需要。

发明内容

(一)要解决的关键问题

为根本上解决储能材料与盛装铁基容器的腐蚀性问题，本发明提供了一种[碳纤维网-富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料，所提供的材料在热循环过程中表现出优异的热循环结构稳定性。本发明还提供一种[碳纤维网-富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料的制备装置及方法，通过旋转磁场和温度梯度耦合控制过共晶铝硅合金凝固过程以实现[碳纤维网-富硅/贫硅]层状结构电磁连续构筑，制备出大尺寸[碳纤维网-富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种[碳纤维网-富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料，其包括：外层以碳纤维网增强高硅铝合金作为支撑外壳和内层以共晶铝硅合金的作为相变储能材料，其中，外层与内层r的结构尺寸比例(R-r)/r为1:1～1:4，碳纤维网格尺寸为1～4mm，所述在外层碳纤维网-富硅层中硅的质量分数为85％～90％，铝的质量分数为15％～10％；所述在内层的共晶铝硅合金中硅的质量分数为12.6％，铝的质量分数为87.4％。其中，外层的厚度表示为R-r，内层的半径为r。