本發(fā)明涉及一種儲熱材料，屬于新能源和節(jié)能材料領域。

背景技術(shù)：

隨著全球工業(yè)的迅猛發(fā)展以及化石燃料的不斷減少，能源短缺和環(huán)境污染問題已成為世界各國面臨的共同挑戰(zhàn)，因此，如何提高能源利用效率成為當前人類面臨的重要課題。

儲能材料是提高能源利用率的重要手段之一，相變儲熱材料是儲能材料的一個主流研究方向，其廣泛應用于航天器熱控、建筑節(jié)能、太陽能熱利用、芯片散熱等領域。無機鹽相變儲熱材料由于其使用溫度范圍廣、儲熱過程易于控制、價格低廉等優(yōu)點，是目前應用最廣泛的相變儲熱材料。儲熱密度以及導熱率是用于對無機鹽相變儲熱材料的儲熱性能的評價的主要指標，影響儲熱密度和導熱率的因素眾多且機理復雜，例如形成相變儲熱材料的原料種類、粒徑以及原料之間形成的晶體的空間結(jié)構(gòu)，由于影響無機鹽相變儲熱材料的儲熱性能的因素眾多且機理復雜，這為無機鹽相變儲熱材料的研究帶來了極大的困難，目前研究人員還未能確定導致無機鹽相變儲熱材料的儲熱密度小、導熱率差、對外部封裝容器的腐蝕性強以及相變循環(huán)使用次數(shù)少的確切原因。

現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利文獻cn105018035a公開了一種高溫復合儲熱材料及防腐涂層一體式封裝制備方法，該方法先將碳酸鈉、碳酸鋰按照質(zhì)量比為4:1-1:1混合研磨均勻得到二元熔融鹽，再將二元熔融鹽與氧化鎂按質(zhì)量比為1:2-4:1混合研磨均勻得到儲熱材料；而后將石墨和水玻璃混合均勻形成涂層配料；最后將儲熱材料完全包覆于涂層配料內(nèi)部，再經(jīng)加壓、燒結(jié)后制得復合儲熱材料。

上述技術(shù)通過在儲熱材料外部包覆一層由高導熱耐腐蝕的石墨和水玻璃形成的防腐層，不僅有效降低了儲熱材料在高溫液態(tài)時對外部封裝容器的腐蝕，還充分發(fā)揮了石墨的高導熱優(yōu)勢，加強了復合材料的熱傳導性。但是即便如此，上述復合儲熱材料的導熱率也只有3-4.1w/(m·k)，再加之其儲熱密度僅為380-550kj/kg，所以仍無法達到本領域?qū)o機鹽相變儲熱材料的性能預期。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決一個技術(shù)問題在于克服無機鹽相變儲熱材料的儲熱密度小、導熱率差的缺陷，從而提供一種儲熱密度大、導熱率高的相變儲熱材料，同時還提供了對應上述相變儲熱材料的制備方法；

本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中相變儲熱材料循環(huán)使用次數(shù)少的缺陷，從而提供一種可實現(xiàn)多次相變循環(huán)的相變儲熱材料，同時還提供了對應上述相變儲熱材料的制備方法。

一種相變儲熱材料，包括碳酸鹽和陶瓷基體，所述碳酸鹽的粒度為2-10μm，所述陶瓷基體的粒度為1-10μm。

優(yōu)選的是，所述的相變儲熱材料中，以重量份計，所述碳酸鹽為42-65份，所述陶瓷基體為25-48份。

優(yōu)選的是，所述的相變儲熱材料中，所述碳酸鹽為碳酸鉀與碳酸鈉按質(zhì)量比(50-65)：(35-50)所形成的共晶體。

優(yōu)選的是，所述的相變儲熱材料中，所述陶瓷基體為氧化物陶瓷。

優(yōu)選的是，所述的相變儲熱材料中，還包括粘結(jié)劑3-10份。

優(yōu)選的是，所述的相變儲熱材料中，所述粘結(jié)劑為纖維素、聚乙烯醇、糊精、粘土或高嶺土中的一種或幾種。

優(yōu)選的是，所述的相變儲熱材料中，還包括導熱增強材料5-10份，其中所述導熱增強材料為碳化硅或石墨。

優(yōu)選的是，所述的相變儲熱材料中，所述導熱增強材料的粒度為7-10μm。

一種相變儲熱材料方法，其包括如下步驟：

(1)將碳酸鹽、陶瓷基體和粘結(jié)劑混合形成第一混合料；

(2)將所述第一混合料與導熱增強材料混合形成第二混合料；

(3)將所述第二混合料壓制成型得成型料，所述成型料再經(jīng)干燥、燒結(jié)后得到所述相變儲熱材料。

優(yōu)選的是，所述的制備方法中，步驟(3)中，成型壓力為15-60mpa；

所述成型料在30-90℃下干燥4-8小時后，再于250-350℃下干燥4-8小時；

燒結(jié)溫度為700-750℃。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：

1.本發(fā)明所述的相變儲熱材料，包括對于粒度進行特別搭配設置的碳酸鹽和陶瓷基體，其中碳酸鹽和陶瓷基體的粒度分別為2-10μm和1-10μm；由上述特定粒度的碳酸鹽和陶瓷基體共同制備而成的相變儲熱材料，不僅具有高儲熱密度和高導熱率，相變儲熱材料的儲熱密度可達到700kj/kg以上，導熱率可達到4.5w/m.k以上，而且相變儲熱材料的循環(huán)使用次數(shù)也得到顯著的增加，循環(huán)次數(shù)可到達19000次以上，同時該特定粒度的陶瓷基體還增加了高溫時處于液態(tài)的碳酸鹽的粘度，降低其流動性，從而避免泄露粒；

選用上述特定粒度的原料，即能保證各原料之間充分混合，同時又能使各原料具有足夠的接觸面積，保證了原料在燒結(jié)過程中的充分接觸與融合；同時上述原料粒度的選擇還避免了原料之間在成型過程中的層間滑動問題，解決了壓制過程中產(chǎn)生的儲熱材料不易成型的問題。

2.本發(fā)明所述的相變儲熱材料，加入粘結(jié)劑后，在粘結(jié)劑與陶瓷基體的協(xié)同作用下，當高溫碳酸鹽發(fā)生固液相變時，陶瓷基體和粘結(jié)劑能有效的起到保持相變儲熱材料形狀的作用，使相變儲熱材料在整體形貌上仍保持穩(wěn)定，從而進一步的避免了儲熱材料泄漏的問題。

3.本發(fā)明所述的相變儲熱材料通過選擇與陶瓷基體共存的碳酸鉀與碳酸鈉所形成的共晶體實現(xiàn)了高溫儲能的應用，可以滿足儲熱環(huán)境溫度高于700℃以上的儲熱。

4.本發(fā)明所述的相變儲熱材料的制備方法，重點在于先將碳酸鹽、陶瓷基體和粘結(jié)劑混合，使得陶瓷基體顆粒和粘結(jié)劑均勻的包覆在碳酸鹽顆粒的外部，形成一相變整體結(jié)構(gòu)，進而當在高溫條件下，碳酸鹽發(fā)生固液相變時，陶瓷基體顆粒和粘結(jié)劑可以有效的起到支撐相變儲熱材料形狀的功能，有效的避免了儲熱材料泄漏的問題，當上述相變整體結(jié)構(gòu)再與導熱增強材料混合時，導熱增強材料顆粒能均勻的包覆在上述相變整體結(jié)構(gòu)外部，使得外部傳遞的熱量快速與相變材料接觸，避免了相變過程中局部過熱情況的產(chǎn)生，進而避免了相變儲熱材料在相變過程中結(jié)塊現(xiàn)象的產(chǎn)生。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)。

實施例1

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鈉25g、碳酸鋰30g和氧化鎂30g。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鋰和氧化鎂在90℃下干燥；

(2)采用球磨機將碳酸鈉和碳酸鋰分別粉碎至粒度為3μm后，混合均勻，采用球磨機將氧化鎂粉碎至粒度為10μm，將氧化鎂與碳酸鈉與碳酸鋰的混合物混合，在壓力位15mpa下，壓制60s成型；

(3)在750℃下燒結(jié)0.5h，得到相變儲熱材料。

實施例2

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鈉22g、碳酸鋇20g和氧化鎂48g。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鋇和氧化鎂在130℃下干燥；

(2)采用球磨機將碳酸鈉和碳酸鋇分別粉碎至粒度為5μm后，混合均勻，采用球磨機將氧化鎂粉碎至粒度為5μm，將氧化鎂與碳酸鈉與碳酸鋇的混合物混合，在壓力位20mpa下，壓制50s成型；

(3)在750℃下燒結(jié)1h，得到相變儲熱材料。

實施例3

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽65g、氧化鎂48g和高嶺土3g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為50:50的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀和氧化鎂在100℃下干燥；

(2)采用球磨機將碳酸鈉和碳酸鉀分別粉碎至粒度為2μm后，研磨混合形成共晶體，采用球磨機將氧化鎂粉碎至粒度為7μm，將氧化鎂和高齡土與碳酸鈉和碳酸鉀的共晶體混合，在壓力為30mpa下，壓制50s成型；

(3)在730℃下燒結(jié)2h，得到相變儲熱材料。

實施例4

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽42g、氧化鎂25g、高嶺土3g和石墨5g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為50:35的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀、石墨和氧化鎂在100℃下干燥；

(2)采用球磨機分別將碳酸鈉、碳酸鉀、石墨和氧化鎂研磨成粒度為10μm、10μm、7μm和10μm的顆粒；

(3)將碳酸鈉和碳酸鉀置于球磨機中混合形成共晶體后，加入氧化鎂和高嶺土，混合均勻形成第一混合料；

向第一混合料中加入石墨，混合均勻形成第二混合料，在40mpa下，壓制第二混合料40s，成型；

(4)在710℃下燒結(jié)1.5h，得到相變儲熱材料。

實施例5

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽50g、氧化鎂30g、聚乙烯醇5g和碳化硅粉6g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為61:47的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀、碳化硅粉和氧化鎂在120℃下干燥；

(2)采用球磨機分別將碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂和碳化硅粉研磨成粒度為6μm、6μm、8μm和10μm的顆粒；

(3)將碳酸鈉和碳酸鉀置于球磨機中混合形成共晶體后，加入氧化鎂和聚乙烯醇，混合均勻得到第一混合料；

向第一混合料中加入碳化硅粉，混合均勻，得到第二混合料，在60mpa下，壓制第二混合料10s，成型，得到成型材料；

(4)將成型材料分別于90℃下干燥4h后，再于250℃下干燥4h后，在710℃下燒結(jié)2h，得到相變儲熱材料。

實施例6

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽60g、氧化鎂30g、高嶺土10g和碳化硅粉10g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為57:43的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀、碳化硅粉和氧化鎂在120℃下干燥；

(2)采用球磨機分別將碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂和碳化硅粉研磨成粒度為4μm、4μm、3μm和8μm的顆粒；

(3)將碳酸鈉和碳酸鉀置于球磨機中混合形成共晶體后，加入氧化鎂和高嶺土，混合均勻，得到第一混合料；

向第一混合料中加入碳化硅粉，混合均勻，得到第二混合料，在50mpa下，壓制第二混合料30s，成型，得到成型材料；

(4)將成型材料分別于80℃下干燥4h后，再于300℃下干燥4h后，在700℃下燒結(jié)2h，得到相變儲熱材料。

實施例7

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽65g、氧化鎂26g、纖維素8g和碳化硅粉8g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為65:35的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀、碳化硅粉和氧化鎂在120℃下干燥；

(2)采用球磨機分別將碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂和碳化硅粉研磨成粒度為2μm、2μm、1μm和9μm的顆粒；

(3)將碳酸鈉和碳酸鉀置于球磨機中混合形成共晶體后，加入氧化鎂和纖維素，混合均勻，得到第一混合料；

加入碳化硅粉，混合均勻，得到第二混合料，在60mpa下，壓制第二混合料20s，成型，得到成型材料；

(4)將成型材料分別于30℃下干燥4h后，再于350℃下干燥4h后，在720℃下燒結(jié)2h，得到相變儲熱材料。

實施例8

本實施例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽58g、氧化鎂29g、糊精9g和碳化硅粉9g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為57:49的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀、碳化硅粉和氧化鎂在120℃下干燥；

(2)采用球磨機分別將碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂和碳化硅粉研磨成粒度為4μm、4μm、4μm和9μm的顆粒；

(3)將碳酸鈉和碳酸鉀置于球磨機中混合形成共晶體后，加入氧化鎂和糊精，混合均勻，得到第一混合料；

向第一混合料中加入碳化硅粉，混合均勻，得到第二混合料，在40mpa下，壓制第二混合料30s，成型，得到成型材料；

(4)將成型材料分別于90℃下干燥4h后，再于350℃下干燥4h后，在710℃下燒結(jié)2h，得到相變儲熱材料。

對比例1

本對比例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽60g、氧化鎂30g、高嶺土10g和碳化硅粉10g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為57:43的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀、碳化硅粉和氧化鎂在120℃下干燥；

(2)采用球磨機分別將碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂和碳化硅粉研磨成粒度為4mm、4mm、3mm和8mm的顆粒；

(3)將碳酸鈉和碳酸鉀置于球磨機中混合形成共晶體后，加入氧化鎂和高嶺土，混合均勻后，加入碳化硅粉，混合均勻，在50mpa下，壓制30s，成型，得到成型材料；

(4)將成型材料分別于80℃下干燥4h后，再于300℃下干燥4h后，在700℃下燒結(jié)2h，得到相變儲熱材料。

對比例2

本對比例提供了一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取20g碳酸鈉、10g碳酸鋰和7.5g氧化鎂混合，研磨均勻，配制成無機鹽/陶瓷基體混合物；

(2)將石墨10g和0.1g模數(shù)為1.1的硅酸鈉溶液混合均勻，得到涂層配料，將涂層配料包覆在無機鹽/陶瓷基體混合物外部；

(3)在壓力為30mpa下，壓制30s，成型，置入石墨坩堝，在惰性氣氛下于600℃燒結(jié)40min，得到相變儲熱材料。

對比例3

本對比例提供了一種相變儲熱材料，其包括如下原料：

碳酸鹽60g、氧化鎂30g、高嶺土10g和碳化硅粉10g；其中碳酸鹽包括質(zhì)量比為57:43的碳酸鉀與碳酸鈉。

一種相變儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳酸鈉、碳酸鉀、碳化硅粉和氧化鎂在120℃下干燥；

(2)采用球磨機分別將碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂和碳化硅粉研磨成粒度為4μm、4μm、3μm和8μm的顆粒；

(3)將碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鎂和高嶺土置于球磨機中混合均勻，在50mpa下，壓制30s，成型，得到成型材料；

(4)將成型材料分別于80℃下干燥4h后，再于300℃下干燥4h后，在700℃下燒結(jié)2h，得到相變儲熱材料。

效果例

對實施例1-8制備得到的相變儲熱材料以及對比例1-3制備得到的相變儲熱材料的儲熱密度、導熱率和循環(huán)次數(shù)進行檢測，檢測結(jié)果見表1。

表1

由表1中的數(shù)據(jù)可以清楚的看出，由實施例1-8制備的相變儲熱材料的儲熱密度均在700kj/kg以上，明顯高于對比例1-3制備的相變儲熱材料的儲熱密度；

由實施例1-8制備的相變儲熱材料的導熱率均在4.5w/m.k以上，明顯高于對比例1-3制備的相變儲熱材料的導熱率；

由實施例1-8制備的相變儲熱材料的循環(huán)次數(shù)均達到了18000次以上，明顯多于對比例1-3制備的相變儲熱材料的循環(huán)次數(shù)。

舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。