本發(fā)明涉及一種相變儲能材料，特別是涉及一種具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗大幅度增加，煤炭、石油、天然氣等常規(guī)不可再生能源日益減少，而人類對能源的需求卻越來越大，化石能源的短缺及其使用所造成的環(huán)境污染已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。相變材料依靠相變潛熱進(jìn)行儲能，成為未來儲能與節(jié)能技術(shù)發(fā)展的主要方向。

相變材料主要分為無機(jī)相變材料與有機(jī)相變材料，其中有機(jī)相變材料由于存在原料成本與制備成本高昂，易燃等安全問題，目前主要用于服裝、紡織等行業(yè)。無機(jī)相變材料由于成本低廉、儲能密度高，且無易燃易爆等安全問題，可廣泛應(yīng)用于大規(guī)模太陽能儲能、相變建材、工業(yè)廢熱回收、企業(yè)大型服務(wù)器散熱等領(lǐng)域；但是，無機(jī)相變材料自身也存在一定的不足，例如，其具有過冷、相分層、相變結(jié)晶不穩(wěn)定等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，提供一種新型具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是使其具有可靠的相變結(jié)晶穩(wěn)定性，從而更加適于實(shí)用。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料，其包括以下原料:三水醋酸鈉：80％-90％，納米分散劑：0.05％-5％，黏度調(diào)節(jié)劑：1％-4％，成核劑：0.1％-5％，持水劑：0.5％-10％，軟水：1％-10％；以上各組分之和為100％。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料，其中所述的納米分散劑為納米氧化鈦、納米氧化鋯和納米氧化硅中的至少一種；所述的黏度調(diào)節(jié)劑為羥乙基纖維素；所述的成核劑為鎢酸鈉、甲酸鈉、磷酸氫二鈉、鎢酸鈉水合物、甲酸鈉水合物和磷酸氫二鈉水合物中的至少一種；所述的持水劑為海綿屑、凹凸棒土、膨潤土、硅藻土和金屬—有機(jī)框架材料中的至少一種。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料，其中所述的納米分散劑的粒徑為7-40nm，比表面積≥100m²/g。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料，其中所述的羥乙基纖維素的粒徑為380-420目。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法，其包括以下步驟:

(1)將三水醋酸鈉加熱至完全熔融，加入納米分散劑，黏度調(diào)節(jié)劑和成核劑，攪拌，得到多相不均勻膠體分散系；

(2)將持水劑加入到軟水中，超聲至持水劑吸水飽和，得到混合物；

(3)將所述的混合物加入到所述的多相不均勻膠體分散系中，70-100℃攪拌反應(yīng)60-90min，冷卻結(jié)晶，得到具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料；

其中，所述的三水醋酸鈉、納米分散劑、黏度調(diào)節(jié)劑、成核劑、持水劑和軟水的重量配比為80-90：0.05-5：1-4：0.1-5：0.5-10：1-10；以上各組分之和為100份。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法其中所述的納米分散劑為納米氧化鈦、納米氧化鋯和納米氧化硅中的至少一種；所述的黏度調(diào)節(jié)劑為羥乙基纖維素；所述的成核劑為鎢酸鈉、甲酸鈉、磷酸氫二鈉、鎢酸鈉水合物、甲酸鈉水合物和磷酸氫二鈉水合物中的至少一種；所述的持水劑為海綿屑、凹凸棒土、膨潤土、硅藻土和金屬—有機(jī)框架材料中的至少一種。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法其中所述的納米分散劑的粒徑為7-40nm，比表面積≥100m²/g。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法其中所述的羥乙基纖維素的粒徑為380-420目。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法其中所述的超聲的時(shí)間為30-120min。

優(yōu)選的，前述的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法其中所述的多相不均勻膠體分散系的分散相的粒徑為1nm-10000nm。

借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料及其制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的納米復(fù)合相變儲能材料循環(huán)壽命長，相變溫度穩(wěn)定，熱穩(wěn)定好，其相變溫度為50-58℃，相變潛熱為200-230kJ/kg，此外本發(fā)明的納米復(fù)合相變儲能材料具有可靠的相變結(jié)晶穩(wěn)定性；本發(fā)明的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法簡單，成本低廉。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1的冷卻結(jié)晶溫度—時(shí)間(T—t)測試曲線。

圖2是實(shí)施例2的冷卻結(jié)晶溫度—時(shí)間(T—t)測試曲線。

圖3是實(shí)施例3的冷卻結(jié)晶溫度—時(shí)間(T—t)測試曲線。

圖4是實(shí)施例4的冷卻結(jié)晶溫度—時(shí)間(T—t)測試曲線。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料及其制備方法其具體實(shí)施方式、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料，其包括以下原料:三水醋酸鈉：80％-90％，納米分散劑：0.05％-5％，黏度調(diào)節(jié)劑：1％-4％，成核劑：0.1％-5％，持水劑：0.5％-10％，軟水：1％-10％；以上各組分之和為100％。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料中的納米分散劑為納米氧化鈦、納米氧化鋯和納米氧化硅中的至少一種；所述的黏度調(diào)節(jié)劑為羥乙基纖維素；所述的成核劑為鎢酸鈉、甲酸鈉、磷酸氫二鈉、鎢酸鈉水合物、甲酸鈉水合物和磷酸氫二鈉水合物中的至少一種；所述的持水劑為海綿屑、凹凸棒土、膨潤土、硅藻土和金屬—有機(jī)框架材料中的至少一種。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料中的納米分散劑的粒徑為7-40nm，比表面積≥100m²/g。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料中的羥乙基纖維素的粒徑為380-420目。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提出一種具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法，其包括以下步驟:

(1)將三水醋酸鈉加熱至完全熔融，加入納米分散劑，黏度調(diào)節(jié)劑和成核劑，攪拌，得到多相不均勻膠體分散系；

(2)將持水劑加入到軟水中，超聲至持水劑吸水飽和，得到混合物；

(3)將所述的混合物加入到所述的多相不均勻膠體分散系中，70-100℃攪拌反應(yīng)60-90min，冷卻結(jié)晶，得到具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料；

其中，所述的三水醋酸鈉、納米分散劑、黏度調(diào)節(jié)劑、成核劑、持水劑和軟水的重量配比為80-90：0.05-5：1-4：0.1-5：0.5-10：1-10；以上各組分之和為100份。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法中的納米分散劑為納米氧化鈦、納米氧化鋯和納米氧化硅中的至少一種；所述的黏度調(diào)節(jié)劑為羥乙基纖維素；所述的成核劑為鎢酸鈉、甲酸鈉、磷酸氫二鈉、鎢酸鈉水合物、甲酸鈉水合物和磷酸氫二鈉水合物中的至少一種；所述的持水劑為海綿屑、凹凸棒土、膨潤土、硅藻土和金屬—有機(jī)框架材料中的至少一種。

本發(fā)明的具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法由于持水劑質(zhì)輕多孔、大比表面積的特點(diǎn)，將額外的自由水通過物理吸附儲存在孔道中；隨著相變循環(huán)的進(jìn)行，相變材料失水會不斷加劇，當(dāng)體系因失水而導(dǎo)致溶液整體溶度提高時(shí)，儲存在海綿屑、硅藻土等持水劑的自由水會進(jìn)入到醋酸鈉高濃度溶液中稀釋整個(gè)體系，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)“步進(jìn)”式補(bǔ)水，使得相變材料的膠體溶液始終保持一個(gè)既容易達(dá)到飽和條件又在一定程度上緩解無水醋酸鈉析出的合適濃度。此外，三水醋酸鈉的結(jié)晶過程是溶質(zhì)醋酸鈉從溶液中奪取水分子并依靠氫鍵相互結(jié)合的過程，氫鍵是一種比范德華作用力的更強(qiáng)的鍵，在結(jié)晶時(shí)醋酸鈉也可以奪取持水劑表面的吸附水來維持體系整體濃度均一、穩(wěn)定。

為了能保證黏度調(diào)節(jié)劑可以在高濃度三水醋酸鈉溶液中均勻分散，內(nèi)部形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用納米氧化物作為分散劑，該分散劑具有多孔道，大比表面積等特點(diǎn)，可以與纖維素分子結(jié)合使溶液具有低黏度高(空間)位阻。相變結(jié)晶是一個(gè)特定溫度范圍內(nèi)的傳質(zhì)傳熱過程，高黏度不利于此過程的進(jìn)行，納米分散劑的添加可以減少纖維素等增稠劑的用量，使溶液在低黏度下快速穩(wěn)定結(jié)晶，從而獲取更快的熱響應(yīng)。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法中的納米分散劑的粒徑為7-40nm，比表面積≥100m²/g。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法中的羥乙基纖維素的粒徑為380-420目。

本發(fā)明所采用的羥乙基纖維素(HEC)是因?yàn)镠EC在冷水或熱水都可很好溶解，且無凝膠特性，在140℃下穩(wěn)定性好，即使在酸性條件下也不會產(chǎn)生沉淀，其溶液濃度在pH值2-12范圍內(nèi)基本無變化；此外，HEC對電解質(zhì)具有極好的容鹽性，不會因?yàn)轶w系出現(xiàn)高濃度的鹽而析出、沉淀，導(dǎo)致黏度的變化；同時(shí)，HEC的具有較高的保水能力。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法中的超聲的時(shí)間為30-120min。

較佳的，本發(fā)明實(shí)施例具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料的制備方法中的多相不均勻膠體分散系的分散相的粒徑為1nm-10000nm。

實(shí)施例1

(1)將80g三水醋酸鈉在85℃加熱至完全熔融，加入3g粒徑為7nm的納米氧化鋯，4g粒徑為380目的羥乙基纖維素和1g十二水磷酸氫二鈉，攪拌，得到多相不均勻膠體分散系；

(2)將2g的聚氨酯海綿屑加入到10g軟水中，超聲30min至聚氨酯海綿屑吸水飽和，得到混合物；

(3)將所述的混合物加入到所述的多相不均勻膠體分散系中，80℃攪拌反應(yīng)60min，冷卻結(jié)晶，得到具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料。

本實(shí)施例的相變儲能材料的相變結(jié)晶T—t曲線如圖1所示，由圖1可知：本實(shí)施例的相變儲能材料的相變溫度為56.5℃，過冷度為3.5℃。DSC測試該相變儲能材料相變潛熱為205kJ/kg。

實(shí)施例2

本發(fā)明中可以用無水醋酸鈉和軟水的混合物替換三水醋酸鈉制備相變儲能材料，其中無水醋酸鈉和軟水，具體制備方法如下：

將2g的膨潤土、1g硅藻土加入40g的軟水中，超聲30min，使膨潤土和硅藻土吸水達(dá)到充分飽和，表面完全被潤濕，得到混合物，加入51g的無水醋酸鈉，在85℃下攪拌，繼續(xù)加入3g粒徑為40nm的納米二氧化鈦、1g的甲酸鈉與3g粒徑為420目的羥乙基纖維素，78℃加熱攪拌60min，冷卻結(jié)晶，得到具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料。

本實(shí)施例的相變儲能材料的相變結(jié)晶T—t曲線如圖2所示，由圖2可知：本實(shí)施例的相變儲能材料的相變溫度為57℃，過冷度為3℃。DSC測試該相變儲能材料的相變潛熱為215kJ/kg。

實(shí)施例3

(1)將87g三水醋酸鈉在85℃加熱至完全熔融，加入1.5g粒徑為20nm的納米二氧化硅，1g粒徑為400目的羥乙基纖維素和0.5g無水甲酸鈉，攪拌，得到多相不均勻膠體分散系；

(2)將2g的膨潤土加入到8g軟水中，超聲60min至膨潤土吸水飽和，得到混合物；

(3)將所述的混合物加入到所述的多相不均勻膠體分散系中，100℃攪拌反應(yīng)90min，冷卻結(jié)晶，得到具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料。

本實(shí)施例的相變儲能材料的相變結(jié)晶T—t曲線如圖3所示，由圖3可知：本實(shí)施例的相變儲能材料的相變溫度為58℃，過冷度為4.5℃。DSC測試該相變儲能材料的相變潛熱為222kJ/kg。

實(shí)施例4

(1)將90g三水醋酸鈉在85℃加熱至完全熔融，加入1g粒徑為20nm的納米二氧化硅，1g粒徑為400目的羥乙基纖維素和1g二水鎢酸鈉，攪拌，得到多相不均勻膠體分散系；

(2)將1g的多孔硅藻土加入到6g軟水中，超聲120min至多孔硅藻土吸水飽和，得到混合物；

(3)將所述的混合物加入到所述的相不均勻膠體分散系中，75℃攪拌反應(yīng)70min，冷卻結(jié)晶，得到具有高循環(huán)壽命的納米復(fù)合相變儲能材料。

本實(shí)施例的相變儲能材料的相變結(jié)晶T—t曲線如圖4所示，由圖4可知：本實(shí)施例的相變儲能材料的相變溫度為57.5℃，過冷度為4℃。DSC測試該相變儲能材料的相變潛熱為230kJ/kg。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。