一种新型高强无机相变储能蓄热材料及其制备方法

    专利查询2025-08-10  123


    本发明涉及蓄热材料,具体来说,特别涉及一种新型高强无机相变储能蓄热材料及其制备方法。


    背景技术:

    1、蓄热材料是一种能够储存和释放热能的先进化学材料,它通过物相变化(如固态到液态或反之)在特定的温度下吸收或释放热量。这种材料可以有效控制其所处环境的温度,或者用于长期储存热能,以便在需要时再将热量释放出来。这种能力使蓄热材料在提高能源效率和实现节能目标方面具有重要作用。蓄热材料的应用非常广泛,包括太阳能热发电、建筑物的温度调节、工业热过程优化以及电动车辆的温控系统等。通过这些应用,不仅可以降低能源需求,还可以平衡供需,特别是在可再生能源领域,如太阳能和风能,这些能源的供应可能受到天气变化的影响。

    2、当前,很多传统蓄热材料未能最大限度地利用相变材料的潜力,尤其是在实现固液相变过程中的能量存储与释放方面。这些材料在固液相变时常常展示出较低的热效率,限制了其在高效能量管理系统中的应用。此外,许多传统蓄热材料在高温及经历多次热循环的条件下,经常表现出机械强度不足和结构完整性问题。这些缺陷导致材料在长期使用过程中容易出现性能退化,无法满足工业和商业应用对耐用性和可靠性的高标准。

    3、针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。


    技术实现思路

    1、有鉴于此,本发明提供一种新型高强无机相变储能蓄热材料及其制备方法,以解决上述提及的问题。

    2、为了解决上述问题,本发明采用的具体技术方案如下:

    3、根据本发明的一方面,提供了一种新型高强无机相变储能蓄热材料,该新型高强无机相变储能蓄热材料包括以下质量份数的成分:

    4、碳化硅颗粒10-30份;

    5、硼酸盐玻璃5-15份;

    6、氧化物陶瓷粉末5-20份;

    7、熔融盐30-50份;

    8、六铝酸钙5-15份;

    9、五水硫代硫酸钠5-10份;

    10、沥青基多孔炭5-15份;

    11、粘结剂1-5份;

    12、增稠剂0.5-2份;

    13、成核剂0.1-1份。

    14、优选的,所述碳化硅颗粒的粒度为1-2.5微米,所述碳化硅颗粒的形状为椭圆形。

    15、优选的,所述氧化物陶瓷粉末包括氧化铝、氧化锆、氧化镁和二氧化钛中的至少一种。

    16、优选的,所述熔融盐包括硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐和氯化物中的至少一种。

    17、优选的,所述六铝酸钙由氧化铝和碳酸钙采用二步烧结法制备而成,且所述六铝酸钙的显气孔率为28.2%。

    18、优选的,所述沥青基多孔炭的孔径为2-4纳米。

    19、优选的,所述粘结剂包括磷酸盐水泥、硅酸盐水泥和硼酸盐玻璃粉中的至少一种。

    20、优选的,所述增稠剂包括膨润土、硅酸镁铝和锂蒙脱石中的至少一种。

    21、优选的,所述成核剂包括微晶蜡、石墨和纳米颗粒中的至少一种。

    22、根据本发明的另一方面,提供了一种新型高强无机相变储能蓄热材料制备方法,该新型高强无机相变储能蓄热材料制备方法包括以下步骤:

    23、s1、将碳化硅颗粒、氧化物陶瓷粉末、硼酸盐玻璃进行干燥和筛分;

    24、s2、将熔融盐和五水硫酸钠混合均匀,并加入成核剂,得到熔融相变材料;

    25、s3、将碳化硅、氧化物陶瓷粉末、硼酸盐玻璃、六铝酸钙以及沥青基多孔炭在干燥条件下混合均匀,得到初始混合物料;

    26、s4、将熔融相变材料与混合物料进行混合,并在混合均匀后加入粘结剂和增稠剂,得到最终的混合物料;

    27、s5、将最终的混合物料转移到预设的模具中,利用压力机进行压制成型;

    28、s6、将压制成型的材料进行后处理,得到新型高强无机相变储能蓄热材料,所述后处理包括脱模、清洗、干燥及二次烧结。

    29、本发明的有益效果为:

    30、1、本发明中碳化硅颗粒的优选粒度和形状有助于增强材料的机械强度和热导率,同时椭圆形颗粒有助于降低内部应力,提高材料的稳定性,通过二步烧结法制备的六铝酸钙有助于提高材料的耐火性和热隔离性能,沥青基多孔炭的孔径控制,提供了优秀的热隔离效果和足够的孔隙结构,有助于改善热管理和热效率,选择磷酸盐水泥、硅酸盐水泥等作为粘结剂,以及膨润土、硅酸镁铝作为增稠剂,可以确保在高温和高压环境下材料的一致性和稳定性,使用微晶蜡、石墨和纳米颗粒作为成核剂,可以优化相变过程,加快热能的释放和存储效率。

    31、2、本发明通过去除碳化硅颗粒、氧化物陶瓷粉末和硼酸盐玻璃中的水分,能够防止在后续加热过程中产生气泡或裂纹,从而提高材料的结构完整性,确保熔融盐和五水硫酸钠的均匀分布,对于实现有效和一致的热存储/释放性能至关重要,粘结剂和增稠剂提供额外的结构稳定性和改善流变性质,有助于成型过程和最终产品的整体强度和耐久性。



    技术特征:

    1.一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,该新型高强无机相变储能蓄热材料包括以下质量份数的成分:

    2.根据权利要求1所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述碳化硅颗粒的粒度为1-2.5微米,所述碳化硅颗粒的形状为椭圆形。

    3.根据权利要求1所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述氧化物陶瓷粉末包括氧化铝、氧化锆、氧化镁和二氧化钛中的至少一种。

    4.根据权利要求2所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述熔融盐包括硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐和氯化物中的至少一种。

    5.根据权利要求1所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述六铝酸钙由氧化铝和碳酸钙采用二步烧结法制备而成,且所述六铝酸钙的显气孔率为28.2%。

    6.根据权利要求1所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述沥青基多孔炭的孔径为2-4纳米。

    7.根据权利要求1所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述粘结剂包括磷酸盐水泥、硅酸盐水泥和硼酸盐玻璃粉中的至少一种。

    8.根据权利要求2所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述增稠剂包括膨润土、硅酸镁铝和锂蒙脱石中的至少一种。

    9.根据权利要求2所述的一种新型高强无机相变储能蓄热材料,其特征在于,所述成核剂包括微晶蜡、石墨和纳米颗粒中的至少一种。

    10.一种新型高强无机相变储能蓄热材料制备方法,用于实现权利要求1-9中任一项所述的新型高强无机相变储能蓄热材料的制备,其特征在于,该新型高强无机相变储能蓄热材料制备方法包括以下步骤:


    技术总结
    本发明提供了一种新型高强无机相变储能蓄热材料及其制备方法,涉及蓄热材料技术领域,该新型高强无机相变储能蓄热材料包括以下质量份数的成分:碳化硅颗粒;硼酸盐玻璃;氧化物陶瓷粉末;熔融盐;六铝酸钙;五水硫代硫酸钠;沥青基多孔炭;粘结剂;增稠剂;成核剂。本发明中碳化硅颗粒的优选粒度和形状有助于增强材料的机械强度和热导率,同时椭圆形颗粒有助于降低内部应力,提高材料的稳定性,选择磷酸盐水泥、硅酸盐水泥等作为粘结剂,以及膨润土、硅酸镁铝作为增稠剂,可以确保在高温和高压环境下材料的一致性和稳定性,使用微晶蜡、石墨和纳米颗粒作为成核剂,可以优化相变过程,加快热能的释放和存储效率。

    技术研发人员:冯楠楠,李辉,郭姿邑,魏佳豪,程栖栖,高一鸣,任奥,李乐,刘增垚,殷宇翔,杨文倩,乔志刚,郑伍魁
    受保护的技术使用者:西安建筑科技大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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