一种熔点改性复合相变蓄热材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于无机-无机共熔相变材料制备与应用，特别涉及一种熔点改性复合相变蓄热材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、储能技术在能源可持续发展中占据了重要地位，储热技术是储能技术中最具发展前景的技术之一。目前的热能储存方法可分为显热储能、潜热储能和热化学储能；其中，潜热储能由于储热密度高、相变放热时温度几乎不变等优点，广泛应用于节能热泵、余热回收、太阳能利用等领域。

2、相变材料(pcm)是潜热储能系统的储热介质，按照化学性质可分为无机材料和有机材料。三水合醋酸钠(sat)作为中低温无机相变材料，具有较大的相变潜热(约260kj/kg)，合适的相变温度(约58℃)，适用于热水系统以及热泵储热系统。但是，在空气源热泵中，换热流体最高温度约为55℃，在光伏光热系统中热水温度为50℃～70℃，三水合醋酸钠的熔点(约58℃)与系统工况温度不匹配，导致其不能完全熔化，储热密度降低。因此，适用于热泵储能系统和光伏光热储能系统的相变材料相变温度需要控制在50℃左右。

3、另外，相比于有机相变材料，水合无机盐具有价格低廉、无毒等优点，但导热率低是中低温相变材料普遍存在的问题，纯三水合醋酸钠的导热系数约为0.59w/(m·k)。除导热外，三水合醋酸钠高达30℃的过冷度和严重相分离仍需解决；进一步解释性的，现有研究中，通过添加适量成核剂和增稠剂能够在一定程度上改善三水合醋酸钠过冷和相分离问题，但多次循环后其稳定性仍有待提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种熔点改性复合相变蓄热材料及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的单一水合无机盐相变材料三水合醋酸钠熔点与工况温度不匹配、导热系数低、过冷度大、严重相分离与循环稳定性差等问题。本发明公开了一种新型熔点改性复合相变蓄热材料，其具有相变温度适宜、相变潜热高、高导热、过冷度小、无相分离且循环稳定性优异的特点，可作为热泵储能系统和光伏光热储能系统的储能材料，能够提高储能系统的应用效果。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明第一方面，提供一种熔点改性复合相变蓄热材料，所述熔点改性复合相变蓄热材料的组分包括三水合醋酸钠、硝酸钾、增稠剂和成核剂；

4、其中，以质量百分比计，硝酸钾的质量百分比的取值范围为2％～10％，增稠剂的质量百分比的取值范围为大于0且小于等于1.5％，成核剂的质量百分比的取值范围为大于0且小于等于3％。

5、本发明的进一步改进在于，增稠剂为羧甲基纤维素、黄原胶或明胶。

6、本发明的进一步改进在于，成核剂为纳米三氧化二铝、纳米氧化铜或纳米氧化硅。

7、本发明的进一步改进在于，所述熔点改性复合相变蓄热材料的相变温度在48℃～50℃范围内。

8、本发明第二方面，提供一种熔点改性复合相变蓄热材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将三水合醋酸钠和硝酸钾混合，加热、搅拌，获得第一熔融态混合物；

10、在加热、搅拌工况下，将增稠剂添加至所述第一熔融态混合物中，搅拌均匀获得第二熔融态混合物；

11、在加热、搅拌工况下，将成核剂添加至所述第二熔融态混合物中，搅拌均匀获得熔点改性复合相变蓄热材料；

12、其中，以质量百分比计，制备获得的熔点改性复合相变蓄热材料中，硝酸钾的质量百分比的取值范围为2％～10％，增稠剂的质量百分比的取值范围为大于0且小于等于1.5％，成核剂的质量百分比的取值范围为大于0且小于等于3％。

13、本发明的进一步改进在于，加热达到的温度范围为60℃～70℃。

14、本发明的进一步改进在于，增稠剂为羧甲基纤维素、黄原胶或明胶。

15、本发明的进一步改进在于，成核剂为纳米三氧化二铝、纳米氧化铜或纳米氧化硅。

16、本发明第三方面，提供一种本发明第一方面所述的熔点改性复合相变蓄热材料的应用，所述熔点改性复合相变蓄热材料用于作为空气源热泵储热系统或光伏光热潜热储热系统的储能单元。

17、本发明的进一步改进在于，

18、所述空气源热泵储热系统的水温温度在55℃以下；

19、所述光伏光热潜热储热系统的水温温度在50℃～70℃范围内。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、本发明提供的技术方案中，利用硝酸钾作为熔点改性剂调节三水合醋酸钠的熔点，可将复合相变材料的熔点降低至50℃左右，能够与系统工况温度匹配；利用增稠剂抑制相分离，提高了复合相变材料熔化后的均匀度，同时利用成核剂改善了复合相变材料过冷问题。

22、进一步的，成核剂为纳米三氧化二铝、纳米氧化铜或纳米氧化硅时，其同时作为成核剂和高导热添加剂，能够降低三水合醋酸钠的过冷度并增强其导热性能。

23、本发明制备出的新型熔点改性复合相变蓄热材料，熔点符合热泵和光伏光热系统实际需求，相变焓值高、导热性好、过冷度低且具有良好的热稳定性，可应用于实际工程中。

技术特征：

1.一种熔点改性复合相变蓄热材料，其特征在于，所述熔点改性复合相变蓄热材料的组分包括三水合醋酸钠、硝酸钾、增稠剂和成核剂；

2.根据权利要求1所述的一种熔点改性复合相变蓄热材料，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种熔点改性复合相变蓄热材料，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种熔点改性复合相变蓄热材料，其特征在于，

5.一种熔点改性复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，加热达到的温度范围为60℃～70℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

9.一种权利要求1所述的熔点改性复合相变蓄热材料的应用，其特征在于，所述熔点改性复合相变蓄热材料用于作为空气源热泵储热系统或光伏光热潜热储热系统的储能单元。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，

技术总结本发明属于无机‑无机共熔相变材料制备与应用技术领域，公开了一种熔点改性复合相变蓄热材料及其制备方法和应用；其中，所述熔点改性复合相变蓄热材料的组分包括三水合醋酸钠、硝酸钾、增稠剂和成核剂；硝酸钾的质量百分比的取值范围为2％～10％，增稠剂的质量百分比的取值范围为大于0且小于等于1.5％，成核剂的质量百分比的取值范围为大于0且小于等于3％。本发明的新型熔点改性复合相变蓄热材料具有相变温度适宜、相变潜热高、高导热、过冷度小、无相分离且循环稳定性优异的特点，可作为热泵储能系统和光伏光热储能系统的储能材料，能够提高储能系统的应用效果。技术研发人员：朱超,董乐,陈紫钰,张拓,王跃社,李彪,吴子豪,刘昕,李旭东,熊尉辰,师鹏,白欢,赵晶轩,张小平,李华,刘娇健,王辰曦受保护的技术使用者：国网陕西省电力有限公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/16