專利名稱：一種高溫儲(chǔ)能相變材料及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金高溫儲(chǔ)能相變材料及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
能源問題是世界和中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的最嚴(yán)重的問題之一，常規(guī)能源的緊缺以及由此帶來的環(huán)境污染問題，直接影響到未來人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施進(jìn)程。太陽能作為一種無公害、儲(chǔ)量無窮的自然能源，引起了人們的廣泛關(guān)注。在太陽能熱利用技術(shù)中， 目前應(yīng)用較普遍的有太陽能熱水器、太陽能環(huán)保建筑、太陽能光伏發(fā)電及太陽能熱發(fā)電等。 把太陽熱能進(jìn)行大規(guī)模集中并發(fā)電，是電力工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要能源基礎(chǔ)。與光伏發(fā)電相比，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具有造價(jià)低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。美國、西班牙等國在上世紀(jì)80年代建成了商業(yè)化的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，至今已取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益與應(yīng)用技術(shù)成果。太陽能熱發(fā)電已成為人們研究的焦點(diǎn)，但太陽能具有間歇不穩(wěn)定的特點(diǎn)。高溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和高溫儲(chǔ)熱材料的優(yōu)化是太陽能高溫儲(chǔ)熱技術(shù)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到太陽能發(fā)電的效率和成本。用于太陽能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)需滿足(1)良好的保溫效果；(2)高溫下抗氧化性；C3)能實(shí)現(xiàn)充熱及放熱循環(huán)；(4)操作簡單；( 安全可靠且成本低。高溫儲(chǔ)熱材料則需滿足(1)高的儲(chǔ)熱密度；( 充熱及放熱循環(huán)完全可逆；C3)良好的熱傳導(dǎo)性；高熱震穩(wěn)定性；( 無高溫腐蝕；(6)優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性；(7)安全可靠成本低。目前國內(nèi)外用作太陽能熱發(fā)電中的中高溫儲(chǔ)熱材料主要有熔融鹽(KN03，NaNO3或兩者的混合物)、 鐵礦石。但熔鹽存在一個(gè)非常明顯的缺陷是其較強(qiáng)的腐蝕性，毒性、不穩(wěn)定性問題，對(duì)熱交換管道及其它附屬設(shè)施具有非常強(qiáng)的腐蝕行為，由此增加了電廠的運(yùn)行成本，并降低了系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能。國內(nèi)使用相變材料作為太陽能蒸汽發(fā)電儲(chǔ)熱材料的研究尚處在實(shí)驗(yàn)階段。國外此類技術(shù)相對(duì)成熟，許多國家已經(jīng)將儲(chǔ)熱材料應(yīng)用到太陽能發(fā)電廠中在2003年美國加利福利亞已建成年發(fā)電量為30MW的發(fā)電廠，還有一座350MW的發(fā)電廠正在建造中；德國2005年已建成年發(fā)電量為2xl00MW的太陽能發(fā)電站，西班牙2004年已建成一座年發(fā)電量為100MW 的太陽能發(fā)電站，并將在2010年建成500MW的太陽能發(fā)電站。中國專利CN 101225492A已有將鋁合金作為相變儲(chǔ)能材料的報(bào)道。但以Al-Mg-Sn三元合金體系制備潛熱高，應(yīng)用于太陽能發(fā)電廠的文獻(xiàn)及專利還鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫儲(chǔ)能相變材料及其制備和應(yīng)用，其為熔點(diǎn)在 4000C -600°C鋁基合金，可作為太陽能熱電廠高溫儲(chǔ)能材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案為一種高溫儲(chǔ)能相變材料，其為Al-Mg-Sn三元合金體系，Al-Mg-Sn三元合金體系中 Al的質(zhì)量百分含量為40% 65%，Mg的質(zhì)量百分含量為25% 55%，Sn的質(zhì)量百分含量為5% 15% ；其熔點(diǎn)在4000C -6000C ο
所述材料的制備方法按所需比例將Al、Mg、Sn三種金屬粉末混合后，經(jīng)高能機(jī)械球磨和粉末冶金制備得到金屬合金相變材料。高能機(jī)械球磨時(shí)，于球磨中的球料重量比為40-60 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速400-500R/ min，球磨3- 后，取樣；將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以5-20°C /min升溫至 500-700°C后焙燒2-4h，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。所述的高溫相變材料可作為太陽能高溫蒸汽發(fā)電的儲(chǔ)熱材料。本發(fā)明采用高能球磨及粉末冶金的方法制備了以鋁合金材料為基體，具有性具有較高儲(chǔ)能密度、良好的熱循環(huán)性能、高導(dǎo)熱率、成本低、無毒、對(duì)環(huán)境無腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)的高溫相變儲(chǔ)能材料，突破以往用熔鹽(KN03，NaNO3或兩者的混合物)、鐵礦石等作為儲(chǔ)熱材料而對(duì)熱交換管道及其它附屬設(shè)施具有非常強(qiáng)的腐蝕行為的缺陷。應(yīng)用于太陽能發(fā)電廠中， 可顯著提高太陽能熱點(diǎn)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率。


圖1為高溫相變材料DSC測試曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為35%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為5%，純度為99. 0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨證后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至500°C后焙燒池，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。用Netzsch Proteus STA449型熱分析儀考察合金產(chǎn)物熔化焓。實(shí)驗(yàn)條件為樣品用量IOmg左右，50ml/min氬氣氣氛，升溫速率20°C /min，實(shí)驗(yàn)溫區(qū)40-600°C，同樣條件下測量經(jīng)5次熔化-冷凝后合金產(chǎn)物的熔化焓。其相變溫度為455°C左右，焓變分別為 298. 2J/g和觀5. 8J/g，相變潛熱衰變較小，結(jié)果如附圖1所示。實(shí)施例2:將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為30%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為10%，純度為99.0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨證后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至600°C后焙燒幾，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。實(shí)施例3:將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為25%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為15%，純度為99.0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨證后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至700°C后焙燒證，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。
實(shí)施例4 將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為35%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為5%，純度為99. 0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨IOh后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至600°C后焙燒證，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。實(shí)施例5 將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為30%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為10%，純度為99.0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨IOh后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至700°C后焙燒池，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。實(shí)施例6 將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為25%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為15%，純度為99.0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨IOh后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至500°C后焙燒幾，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。實(shí)施例7 將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為35%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為5%，純度為99. 0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨1 后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至700°C后焙燒幾，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。實(shí)施例8 將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為30%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為10%，純度為99.0%的錫粉均勻混合后，以1 50的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨1 后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至500°C后焙燒證，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。實(shí)施例9 將質(zhì)量百分含量為60%，純度為99. 5%的鋁粉，質(zhì)量百分含量為25%，純度為 99. 5%的鎂粉及質(zhì)量百分含量為15%，純度為99.0%的錫粉均勻混合后，以50 1的球料重量比，放入高能行星球磨機(jī)中500R/min，球磨1 后，濕法取樣。將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以10°C /min升溫至600°C后焙燒池，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。本發(fā)明特點(diǎn)在于相變潛熱高，相變穩(wěn)定性及可逆循環(huán)性好。本發(fā)明可為解決工業(yè)余熱回收、熱電廠特別是太陽能發(fā)電廠熱能儲(chǔ)存與運(yùn)輸蕭峰填谷、能源的高效利用提供可能。
權(quán)利要求
1.一種高溫儲(chǔ)能相變材料，其特征在于其為Al-Mg-Sn三元合金體系，Al-Mg-Sn三元合金體系中Al的質(zhì)量百分含量為40 % 65%, Mg的質(zhì)量百分含量為25% 55%，Sn的質(zhì)量百分含量為5% 15% ；其熔點(diǎn)在 4000C -600"C。
2.—種權(quán)利要求1所述材料的制備方法，其特征在于按所需比例將Al、Mg、Sn三種金屬粉末混合后，經(jīng)高能機(jī)械球磨和粉末冶金制備得到金屬合金相變材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述材料的制備方法，其特征在于高能機(jī)械球磨時(shí)，于球磨中的球料重量比為40-60 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速400-500R/min，球磨3- 后，取樣；將球磨后產(chǎn)物置入高溫管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下，以5-20°C /min升溫至500-700°C 后焙燒2-4h，待產(chǎn)物自然降至室溫，研磨為粉狀即得產(chǎn)品。
4.一種權(quán)利要求1所述高溫儲(chǔ)能相變材料的應(yīng)用，其特征在于所述的高溫相變材料可作為太陽能高溫蒸汽發(fā)電的儲(chǔ)熱材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫儲(chǔ)能相變材料及其制備和應(yīng)用，采用A1-Mg-Sn三元合金體系通過高能球磨及粉末冶金的方法制備。Al-Mg-Sn三元合金中，Mg的質(zhì)量百分含量為25％-35％，Sn的質(zhì)量百分含量為5％-10％。本發(fā)明特點(diǎn)在于相變潛熱高，相變穩(wěn)定性及可逆循環(huán)性好。本發(fā)明可為解決工業(yè)余熱回收、熱電廠特別是太陽能發(fā)電廠熱能儲(chǔ)存與運(yùn)輸蕭峰填谷、能源的高效利用提供可能。
文檔編號(hào)C22C1/04GK102312138SQ20101021596
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者姜春紅, 孫立賢, 張箭, 徐芬, 趙軍寧 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所