一种多层结构的光热转换储能微胶囊及其制备方法与流程

本发明属于储能材料，具体涉及一种多层结构的光热转换储能微胶囊。

背景技术：

1、相变储能微胶囊因其在相变的过程中能够吸收或释放大量的热，可以起到控温和储能的作用，是解决能量供求在时间和空间上分配不平衡的矛盾提高能源利用率的有效手段。建筑领域的能耗在世界能源消耗中占比高达35％，利用太阳能来降低建筑能耗对于节能减排和环境保护具有积极意义。相变材料的潜热储能技术可提高建筑材料的热容，促进建筑节能，有助于推进我国能源结构转型。

2、申请号cn20170520616.5的中国发明专利公开了一种相变温度较低的相变储能材料，该发明的相变储能材料以正癸醇和正十一醇为芯材，环氧树脂和改性碱矿渣胶凝材料为壁材，该相变储能材料相变储能材料性能稳定，且无毒无腐蚀性，可以循环使用，可广泛应用于冬季北方、高原地区各大机场、道路的融雪化冰，可有效缓解耗能大、耗时长且不环保等问题，但是该材料导热性较差。

3、申请号cn201910626556.4的中国发明专利还公开了另一种相变储能材料，该发明的相变储能材料以3～18个碳原子的脂肪酸和1～3个碳原子的羧酸化合物为芯材，以聚乙烯亚胺和聚乙烯吡咯烷酮为壁材，该相变材料变微胶囊材料稳定性高，包覆率高，储热性能好，可应用于条纹纺织品或冷链、建筑材料、航空航天等领域，但该发明的工艺流程比较复杂，生产耗能较大。

4、因此研究一种导热性好，光热转换效率高、制备过程简单无污染的，相容性好的相变储能复合材料非常有必要。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题，提供一种多层结构的光热转换储能微胶囊，其热传导性好、稳定性高、相容性好、机械强度高。

2、本发明的技术方案为：

3、一种多层结构的光热转换储能微胶囊，含以下重量份的原料：石墨90-110份、硫化铜18-22份、kh-550 0.8-1.2份、石蜡50-70份、氯化钙8-13份、碳酸钠8-13份、十二烷基苯磺酸钠14-18份、正硅酸乙酯9-11份、氨水14-16份。

4、优选地，本发明所述多层结构的光热转换储能微胶囊，包括以下重量份的原料：石墨100份、硫化铜20份、kh-550 1份、石蜡60份、氯化钙11份、碳酸钠11份、十二烷基苯磺酸钠16份、正硅酸乙酯10份、氨水15份。

5、本发明所述石蜡为18-22个碳原子的烷烃混合物；所述石墨粒径为1250目，如果石墨的粒径过大不能很好包覆到微胶囊壁上，会影响储能微胶囊的性能。

6、本发明还加入了硫化铜粉末对石墨进行改性，有利于提高相变储能材料的光热转换能力；为扩大与光有效接触面积，所述硫化铜粉末粒径优选纳米级。

7、本发明还提供所述多层结构的光热转换储能微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

8、s1.按各重量份取原料组分；

9、s2.将十二烷基苯磺酸钠、氯化钙、碳酸钠和石墨分别加去离子水，制成十二烷基苯磺酸钠溶液、氯化钙溶液、碳酸钠溶液和石墨水溶液；

10、s3.将石蜡加入到十二烷基苯磺酸钠溶液中，搅拌溶解20-30min，并用超声波震荡分散10-20min，得到混合物；

11、s4.继续将氯化钙溶液加入s3得到的混合物中，搅拌20-30min，加入碳酸钠溶液，继续搅拌20-30min，反应结束后，过滤烘干备用，得到微胶囊；

12、s5.取石墨水溶液，加入kh-550，搅拌20-30min，继续加入硫化铜搅拌20-30min，然后保温，得到光热材料；

13、s6.取s4制得的微胶囊分散于去离子水中，得到微胶囊溶液，然后滴入kh-550，搅拌反应20-30min后加入s5制得的光热转换材料，搅拌均匀后静置1h，然后氨水稀释后调节ph值至10，加入正硅酸四乙酯搅拌15-20min；

14、s7.过滤，烘干，分散，即得多层结构的光热转换储能微胶囊。

15、优选地，本发明方法中，所述s3中，搅拌均为20-30min。

16、为了使得硫化铜和石墨之间络合得更充分，所述本发明s4中，优选在175-185℃下保温4-5h。

17、为了获得更好的包覆效果，本发明所述s5中，优选用氨水调节ph值，在本发明的ph值内确保能生成无定型透明形态的二氧化硅，获得更好包覆效果，可增强储能微胶囊的稳定性和分散性。

18、为了让原料充分反应，获得性能较好的光热转换储能微胶囊，优选地，本发明方法中，所述s5和s6中的kh-550重量比为1:1，如果比例过小，材料反应不完全，如果比例过高会浪费原料。

19、本发明所述十二烷基苯磺酸钠溶液浓度为0.2-0.4g/ml，所述氯化钙溶液和碳酸钠溶液浓度均为0.1-0.2g/ml，所述微胶囊溶液浓度为0.1-0.2g/ml，所述石墨水溶液浓度为0.01-0.1g/ml。

20、采用本发明方法，制备得到多层“核-壳”结构的光热转换储能微胶囊，在复合材料的次外层包覆一层由“半导体-碳基”复合制备得到高导热性的功能材料，可高效率地将热能传导给相变核心储存，特别是在最外层再次包覆一层无定形透明二氧化硅，可增强相变储能材料的稳定性和分散性。具体地，本发明结构类似洋葱，一层包裹一层，最核心是石蜡，起储能作用，然后是碳酸钙，对石蜡进行包裹，起固定和支撑作用；用硫化铜与石墨络合后起，再通过kh-550嫁接到碳酸钙表面，起到导热作用；最后加入正硅酸乙酯在材料表面生成二氧化硅，起到固定材料的作用。

21、另外，本发明利用氯化钙和碳酸钠在石蜡表面反应生成碳酸钙，对石蜡进行包覆可防止相变材料发生渗透，延长材料的寿命于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

22、1、本发明的多层结构的光热转换储能微胶囊为多层“核-壳”结构，具有热传导性好、稳定性高、相容性好、机械强度高等优点。

23、2、本发明以硫化铜/石墨复合材料为骨架，大大提高储能材料导热率和光热转换效率，最外层包覆二氧化硅，有利于提高储能微胶囊结构稳定性，同时有利于提高产品的相容性。

24、3、本发明方法生产过程无污染物产生，原料可循环利用，工艺流程简单易操作。

技术特征：

1.一种多层结构的光热转换储能微胶囊，其特征在于，含以下重量份的原料：石墨90-110份、硫化铜18-22份、kh-550 0.8-1.2份、石蜡50-70份、氯化钙8-13份、碳酸钠8-13份、十二烷基苯磺酸钠14-18份、正硅酸乙酯9-11份、氨水14-16份。

2.如权利要求1所述多层结构的光热转换储能微胶囊，其特征在于，包括以下重量份的原料：石墨100份、硫化铜20份、kh-550 1份、石蜡60份、氯化钙11份、碳酸钠11份、十二烷基苯磺酸钠16份、正硅酸乙酯10份、氨水15份。

3.如权利要求1所述多层结构的光热转换储能微胶囊，其特征在于：所述石蜡为18-22个碳原子的烷烃混合物。

4.如权利要求1所述多层结构的光热转换储能微胶囊，其特征在于：所述石墨粒径为1250目。

5.如权利要求1所述多层结构的光热转换储能微胶囊，其特征在于：所述硫化铜粒径为纳米级。

6.如权利要求1-5任意一项所述多层结构的光热转换储能微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述多层结构的光热转换储能微胶囊的制备方法，其特征在于：所述s4中，在175-185℃下保温4-5h。

8.如权利要求6所述多层结构的光热转换储能微胶囊的制备方法，其特征在于：所述s5中，氨水用同质量的水稀释后，用来调节ph值。

9.如权利要求6所述多层结构的光热转换储能微胶囊的制备方法，其特征在于：所述s5和s6中的kh-550重量比为1:1。

10.如权利要6所述多层结构的光热转换储能微胶囊的制备方法，其特征在于：所述十二烷基苯磺酸钠溶液浓度为0.2-0.4g/ml，所述氯化钙溶液和碳酸钠溶液浓度均为0.1-0.2g/ml，所述微胶囊溶液浓度为0.1-0.2g/ml，所述石墨水溶液浓度为0.01-0.1g/ml。

技术总结本发明属于储能材料技术领域，具体涉及一种多层结构的光热转换储能微胶囊，其含以下重量份的原料：石墨90‑110份、硫化铜18‑22份、KH‑550 0.8‑1.2份、石蜡50‑70份、氯化钙8‑13份、碳酸钠8‑13份、十二烷基苯磺酸钠14‑18份、正硅酸乙酯8‑15份、氨水12‑17份。本发明还提供多层结构的光热转换储能微胶囊的制备方法。本发明的多层结构的光热转换储能微胶囊具有热传导性好、稳定性高、相容性好、机械强度高等优点，本发明方法简单易操作无污染物产生。技术研发人员：李嘉鸿,明俊宇,王露甲,代端明,梁瑶莹,黄毅受保护的技术使用者：广西经正涂料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5