高强度高热容水合盐定形相变储热材料及其制备方法

本发明涉及相变储热材料，尤其涉及高强度高热容水合盐定形相变储热材料及其制备方法。

背景技术：

1、建筑供暖和制冷是最大的终端能源消费，随着“煤改电”清洁供暖政策的推进以及人类生活水平的提升，供暖和制冷在终端能源和电力消费中的比例将进一步扩大，这将给电网扩容和调峰带来巨大压力。为了解决以上问题，有必要发展基于储热/冷的电网终端储能技术，最终实现低碳乃至零碳供暖和制冷。

2、当前建筑空调制冷的最低温度约为7℃，而制热最高温度约为45℃(均以空调出风口温度为准)，更低的制冷温度和供热温度将大幅度提升空调能耗。因此，面向建筑空调储冷/热的相变储热材料的储热温度需要介于7℃和45℃才有可能储存建筑空调提供的冷能和热能。然而，目前基于石蜡等材料的盘管式储热单元通常需要将石蜡温度加热到60℃以上才能达到建筑供暖所需的热功率。空调制热无法将相变材料加热到60℃，因此盘管储热单元只能储存电能产生的焦耳热，经济性很差。目前尚无面向高效节能空调系统的储冷/热技术，主要原因在于面向空调系统的储热温度接近室温(7℃到45℃)，较低的传热温差导致储热材料充热和放热的速度慢，需要更大的换热比表面积来达到室内温度调节的热功率。受限于盘管结构尺寸(管径和管壁厚度)以及盘管材料(通常为铜管)成本，现有的盘管储热构型无法达到那么大的换热比表面积。

3、定形相变储热材料可以与空气等传热流体介质直接接触，无需盘管结构来隔绝换热流体(通常为水)与相变材料，减小传热热阻的同时降低了材料成本。此外，当定形相变储热材料本身具备良好的成形性能时，有可能通过定形相变储热材料直接构建高比表面积的传热构型。十水碳酸钠和十水硫酸钠等水合盐的相变温度位于建筑空调制冷和供热的温度区间(7℃到45℃)，十分适合作为电网终端建筑空调制冷和供热的储能材料。但是由于水分易于蒸发的特性，同时水合盐失水意味着失效，因此水合盐作为复合相变储热材料面临最大的问题是如果锁水保湿。此外，水合盐作为相变储热材料还面临相分离和过冷等问题。相分离会导致水合盐参与水合反应的水和盐逐渐减小。

技术实现思路

1、针对上述问题，现提供高强度高热容水合盐定形相变储热材料及其制备方法。

2、具体技术方案如下：

3、本发明的第一个方面是提供高强度高热容水合盐定形相变储热材料的制备方法，包括：

4、1)将水合盐原料预冷后冷研磨成水合盐粉末，再将水合盐粉末置于低温高湿环境中，使得水合盐粉末从空气中吸收部分水分，形成微过饱和水合盐粉末；

5、2)将环氧树脂及固化剂按比例混合均匀，形成预混树脂；再将水合盐粉末及预混树脂按比例混合均匀后定形、固化形成基材；

6、3)将环氧树脂、稀释剂、固化剂按比例混合均匀，形成环氧树脂混合物，将环氧树脂混合物快速加热至一定温度，以降低粘度，随后在真空环境中将环氧树脂混合物浸涂在基材表面，固化形成第一涂层；

7、4)于真空环境中利用等离子流冲洗第一涂层，形成活化层；再将聚合物料热解形成具有反应活性的单体，使单体在第一涂层表面上沉积并聚合成第二涂层，即得高强度高热容水合盐定形相变储热材料。

8、进一步的，步骤1)中水合盐为十水碳酸钠或十水硫酸钠中的一种。

9、进一步的，步骤2)中环氧树脂与固化剂的质量比为(2-4)：(0.5-1.5)，水合盐粉末与预混树脂的质量比为(6-8)：(2-4)。

10、进一步的，步骤2)中固化时环境温度高于环氧树脂的固化温度，低于水合盐的相变温度。

11、进一步的，步骤3)中环氧树脂、稀释剂、固化剂的质量比为(8-12)：(2-4)：(3-5)。

12、进一步的，步骤4)中聚合物料为聚对二甲苯。

13、进一步的，步骤1)-4)中以行星式重力搅拌机进行预混。

14、本发明的第二个方面是提供一种根据上述制备方法制备获得的高强度高热容水合盐定形相变储热材料。

15、上述方案的有益效果是：

16、1)提出高品质水合盐粉末的制备方法，本发明制备方法获取的粉末粒径分布一致性高，水合盐粉末颗粒无需单独包裹外壳，大幅提升了水合盐在复合相变材料中的质量占比，因此提高了复合相变材料单位体积热容；

17、2)利用真空行星式重力搅拌混合水合盐粉末和环氧树脂，实现了相变材料(水合盐粉末)和定形材料(环氧树脂)充分混合，通过定形材料封装相变材料，大幅度降低基材自身的水分流失率；

18、3)环氧树脂包裹水合盐粉末固化成形，使得本发明的相变复合材料可模具成形，成形后复合材料具有优秀的机械性能，因此相变复合材料可加工成复杂的构型，并且可与流体介质直接接触，承受流体介质的冲击，有望实现更大的换热比表面及热功率；

19、4)环氧树脂及水合盐均为无毒、无味、化学性质稳定的环保材料，可直接用于室内环境供冷和制热；

20、5)双涂层设计极大的降低基材水分的流失率，大幅提升了相变复合材料的使用寿命；

21、6)推荐的水合盐和环氧树脂均为低成本材料，有利于相变复合材料的大规模商用。

技术特征：

1.高强度高热容水合盐定形相变储热材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中水合盐为十水碳酸钠或十水硫酸钠中的一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中环氧树脂与固化剂的质量比为(2-4)：(0.5-1.5)，水合盐粉末与预混树脂的质量比为(6-8)：(2-4)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中固化时环境温度高于环氧树脂的固化温度，低于水合盐的相变温度。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中环氧树脂、稀释剂、固化剂的质量比为(8-12)：(2-4)：(3-5)。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中聚合物料为聚对二甲苯。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1)-4)中以行星式重力搅拌机进行预混。

8.高强度高热容水合盐定形相变储热材料，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述制备方法制备获得。

技术总结本发明涉及高强度高热容水合盐定形相变储热材料及其制备方法。1)本发明中提出高品质水合盐粉末的制备方法，本发明制备方法获取的粉末粒径分布一致性高，水合盐粉末颗粒无需单独包裹外壳，大幅提升了水合盐在复合相变材料中的质量占比；2)利用真空行星式重力搅拌混合水合盐粉末和环氧树脂，实现了相变材料(水合盐粉末)和定形材料(环氧树脂)充分混合，通过定形材料封装相变材料，大幅度降低基材自身的水分流失率；3)环氧树脂包裹水合盐粉末固化成形，使得本发明的相变复合材料可模具成形，成形后复合材料具有优秀的机械性能，因此相变复合材料可加工成复杂的构型，并且可与流体介质直接接触，承受流体介质的冲击，有望实现更大的换热比表面及热功率。技术研发人员：姜伟受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12