[发明专利]一种金属离子/磷酸锆气凝胶及其制备方法与复合相变储能材料

说明书

本发明涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种金属离子/磷酸锆气凝胶及其制备方法与复合相变储能材料。本发明公开了一种金属离子/磷酸锆气凝胶，该金属离子/磷酸锆气凝胶中的磷酸锆纳米片之间形成了牺牲性的金属离子配体增强的配位键，增加了磷酸锆纳米片之间的相互作用，因此提升了复合相变材料的力学强度；磷酸锆纳米片层间有大量的酸点和Lewis酸点，高温燃烧时可以催化聚合物交联成炭，此外，磷酸锆纳米片也可以起到物理屏障作用，二者可以共同阻止氧气、热量的扩散使复合相变材料具有优异的阻燃性能；金属离子/磷酸锆气凝胶中磷酸锆气凝胶能够负载更多相变材料，提升储能密度。

技术领域

本发明涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种金属离子/磷酸锆气凝胶及其制备方法与复合相变储能材料。

背景技术

随着全球经济快速增长和人口大量增加，化石燃料的消耗量迅速增长，与此同时人类对化石燃料的能源利用率仍比较低，从而造成了大量能源的浪费与温室气体的排放，而提升能源的利用效率是有效减少能源消耗的方法之一。因此，大量研究者都将精力投入到提升能源利用效率方面。相变材料(Phase change material，PCM)是一种很好的潜热储能材料，具有高储能密度和相变温度可控的特点，能够将生产生活中产生的热量储存起来，并在合适的条件下再释放，从而提高了能源的利用效率，能够广泛应用于诸多领域(如太阳能、建筑等领域)，从而缓解当前的能源与环境问题。

目前使用的大多数相变材料都为固-液有机相变材料，该相变材料在相变时由于其流动性的增加容易造成泄漏现象，从而会影响实际应用。

中国发明专利CN201611038250.X中采用磷酸锆纳米片和表面活性剂在油/水界面稳定吸附以制备纳米胶囊相变材料，其中所使用的壳层材料为聚苯乙烯，但是其具有较低的热导率和易燃等缺点。此外，纳米微胶囊之间没有连接，导致其在受到外力作用时易产生不可恢复的形变，限制了其在生产生活中的长期使用。

中国发明专利CN201911078840.9中使用聚乙烯醇(PVA)材料作为气凝胶吸附相变功能材料制备复合相变材料，其中所使用的PVA气凝胶在相变材料熔融时无法为复合相变材料提供足够的力学强度；同时PVA属于易燃高分子，在生产生活中使用时具有潜在的安全隐患。

中国发明专利CN201210409523.2中使用有机酸改性的粉煤灰作为基材，掺入导热性能改善剂并吸附相变材料制备复合相变材料。粉煤灰具有颗粒直径小的特点，并且制备相变材料时需要添加一定量的导热性能改善剂，但导热性能改善剂在复合相变材料中相容性较差，导致复合相变材料的力学强度不足，从而在一定的外力条件下容易发生粉化或者坍塌，不利于其广泛应用。

综上所述，在保证相变材料储能密度的同时，提升复合相变材料的力学强度和阻燃性能是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金属离子/磷酸锆气凝胶及其制备方法与复合相变储能材料，该金属离子/磷酸锆气凝胶在保证具有优异的储能密度的同时还具有较高的力学性能和阻燃性。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种金属离子/磷酸锆气凝胶，包括金属离子和磷酸锆纳米片；所述磷酸锆纳米片呈气凝胶结构，所述金属离子位于磷酸锆纳米片之间，与磷酸锆纳米片形成配位键。

本发明提供金属离子/磷酸锆气凝胶中磷酸锆纳米片之间形成了牺牲性的金属离子配体增强的配位键，增加了磷酸锆纳米片之间的相互作用，因此提升了复合相变材料的力学强度；磷酸锆纳米片层间有大量的酸点和Lewis酸点，高温燃烧时可以催化聚合物交联成炭，此外，磷酸锆纳米片也可以起到物理屏障作用，二者可以共同阻止氧气、热量的扩散使复合相变材料具有优异的阻燃性能；金属离子/磷酸锆气凝胶能够负载更多相变材料，提升储能密度。

本发明中，所述金属离子/磷酸锆气凝胶中磷酸锆的质量含量为95-97wt％，金属离子的质量含量为3-5wt％。