一种复合相变材料及其制备方法和应用

本发明属于热功能材料，具体涉及一种复合相变材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，光伏技术广受青睐。但是并不是所有被吸收的太阳能都转化为电能，大概有70～80％的太阳能会转化为热能。这种废热降低了太阳能电池板的整体效率。温度对光伏板性能的影响比其他参数更显著。实际上，随着光伏板工作温度的升高，整体发电量降低。对于单晶和多晶光伏板，当表面温度升高1℃时，效率降低0.45％。太阳能光伏板需要的最佳发电温度为25～35℃，以保证太阳能光伏板的发电效率。光伏板温度过高会导致发电效率降低，给光伏产业带来严重的经济损失，也制约了光伏技术向光伏产业的大规模推广。通过测试温度对光伏发电系统电效率的影响，光伏发电系统的表面温度及温度分布都需要很好地控制。

2、由于相变材料(pcms)具有储热密度高、容量大、价格低、稳定性好等特点，近年来相变储能技术发展迅速。相变材料的优势丰富了其可用性和实用性。pcms能有效降低太阳能光伏板的表面温度，使其长时间工作在最佳功率下，实现更高的光电转换效率。但是，pcms的导热系数较差以及对光伏板的贴合度不足，可能会导致光伏板表面局部温升，从而降低了光伏效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合相变材料及其制备方法和应用，本发明提供的复合相变材料具有良好的导热性和高效的热能存储能力，能有效降低太阳能电池板的热量累积进而改善其输出功率和光电效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种复合相变材料，包括具有三维网络结构的气凝胶和负载在所述气凝胶表面及孔隙中的相变材料；

4、所述气凝胶包括负载碳纳米管的木棉纤维和交联剂；

5、所述负载碳纳米管的木棉纤维包括木棉纤维和负载在所述木棉纤维内、外表面的碳纳米管；

6、所述负载碳纳米管的木棉纤维之间通过交联剂交联形成三维网络结构；

7、所述木棉纤维为脱脂木棉纤维；

8、所述相变材料的相变温度为37.1～41.8℃，相变潜热为190.2～204.5j/g。

9、优选的，所述负载碳纳米管的木棉纤维中碳纳米管的质量百分含量为0.2～0.5％。

10、优选的，所述相变材料为十四醇。

11、优选的，所述交联剂包括丙二醇、多巴胺和聚乙烯醇中的一种或几种。

12、优选的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管；所述碳纳米管的管壁厚度为8～15nm；所述碳纳米管的长度为30～50μm。

13、本发明还提供了上述技术方案所述复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

14、将木棉纤维浸泡在含碳纳米管的分散液中，依次进行超声分散和静置，取出木棉纤维，干燥，得到负载碳纳米管的木棉纤维；

15、所述木棉纤维为脱脂木棉纤维；

16、将所述负载碳纳米管的木棉纤维、交联剂和水混合所得混合液进行冷冻干燥，得到具有三维网络结构的气凝胶；

17、将所述具有三维网络结构的气凝胶在熔融态的相变材料中进行真空浸渍，得到复合相变材料。

18、优选的，以质量百分含量计，所述负载碳纳米管的木棉纤维、交联剂和水混合所得混合液包括：负载碳纳米管的木棉纤维2～5％、交联剂20～50％，余量为水。

19、优选的，所述含碳纳米管的分散液中碳纳米管的含量为2～5mg/ml。

20、优选的，所述冷冻干燥的温度为-60～-80℃；所述冷冻干燥的时间为48～72h。

21、本发明还提供了上述技术方案所述复合相变材料或上述技术方案所述制备方法制备的复合相变材料在太阳能电池板中的应用。

22、本发明提供了一种复合相变材料，包括具有三维网络结构的气凝胶和负载在所述气凝胶表面及孔隙中的相变材料；所述气凝胶包括负载碳纳米管的木棉纤维和交联剂；所述负载碳纳米管的木棉纤维包括木棉纤维和负载在所述木棉纤维内、外表面的碳纳米管；所述负载碳纳米管的木棉纤维之间通过交联剂交联形成三维网络结构；所述木棉纤维为脱脂木棉纤维；所述相变材料的相变温度为37.1～41.8℃，相变潜热为190.2～204.5j/g。

23、在本发明中，具有三维网络结构的气凝胶以及木棉纤维自身的中空结构对相变材料(pcms)具有超高的包封率，利于热能的存储；碳纳米管的负载极大提高了木棉纤维的导热能力，使得太阳能电池板的热量能够迅速转移到复合相变材料中。相变材料的相变温度37.1～41.8℃与太阳能电池板的最佳工作温度范围25～35℃基本相吻合，而且具有非常高的相变潜热，可达204.5j/g，可以在太阳能电池板的最佳工作温度条件下，储存大量的热量，使太阳能电池板保持高的发电效率。该复合相变材料具有良好的导热性(0.93w/mk)和高效的热能存储能力(204.5j/g)，在太阳能电池板散热中，从时间和空间维度上表现出优异的热管理能力，为太阳能电池板提供了一种高效的散热途径。

24、本发明还提供了上述复合相变材料的制备方法，该方法制备成本低，所用原材料天然环保且容易获得。

技术特征：

1.一种复合相变材料，其特征在于，包括具有三维网络结构的气凝胶和负载在所述气凝胶表面及孔隙中的相变材料；

2.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述负载碳纳米管的木棉纤维中碳纳米管的质量百分含量为0.2～0.5％。

3.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述相变材料为十四醇。

4.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述交联剂包括丙二醇、多巴胺和聚乙烯醇中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管；所述碳纳米管的管壁厚度为8～15nm；所述碳纳米管的长度为30～50μm。

6.权利要求1～5任一项所述复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述负载碳纳米管的木棉纤维、交联剂和水混合所得混合液包括：负载碳纳米管的木棉纤维2～5％、交联剂20～50％，余量为水。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述含碳纳米管的分散液中碳纳米管的含量为2～5mg/ml。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为-60～-80℃；所述冷冻干燥的时间为48～72h。

10.权利要求1～5任一项所述复合相变材料或权利要求6～9任一项所述制备方法制备的复合相变材料在太阳能电池板中的应用。

技术总结本发明属于热功能材料技术领域，具体涉及一种复合相变材料及其制备方法和应用。本发明提供的复合相变材料包括具有三维网络结构的气凝胶和负载在所述气凝胶表面及孔隙中的相变材料；所述气凝胶包括负载碳纳米管的木棉纤维和交联剂；所述负载碳纳米管的木棉纤维包括木棉纤维和负载在所述木棉纤维内、外表面的碳纳米管；所述负载碳纳米管的木棉纤维之间通过交联剂交联形成三维网络结构；所述木棉纤维为脱脂木棉纤维；所述相变材料的相变温度为37.1～41.8℃，相变潜热为190.2～204.5J/g，具有良好的导热能力(0.62～0.93W/mk)和高效的热能存储能力，在太阳能电池板散热中表现出优异的热管理能力。技术研发人员：陈立飞,陈燕杰,马清怡受保护的技术使用者：上海第二工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29