镍泡沫石墨烯氮化硼气凝胶复合相变材料及制备和应用

本发明属于一种可用作储热调温相变材料的聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，特别涉及通过加热陈化过程和定向冷冻干燥过程合成三维网络状镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合碳材料包覆的聚乙二醇的有机/无机复合相变材料制备方法。

背景技术：

1、热能存储是提高节能效率和减缓co2排放的的一种重要途径。在众多的热能储存和利用方法中，相变材料(pcm)评价近似恒定的相变温度进行热能存储引起了广泛关注，因为pcm具有相对高的能量存储密度，优异的循环性能和较高的热稳定性。广泛应用于建筑节能、热回收、太阳能储能和电池热管理等等。pcm作为一种存储设备，就像蓄电的电池一样，pcm的蓄热能力可以用来储备或释放热能，解决了太阳能由于其自身自然的间歇性、不稳定性和周期性而造成的时依赖性供需失衡问题。此外，根据相变状态的不同，pcm可以分为固-固，固-液，液-气三种类型。通常，pcm分为有机pcm和无机pcm。然而，许多无机相变材料在相变过程中容易发生相分离，导致大量液体泄漏。但有机pcm没有这种致命缺陷。此外，有机相变材料具有高潜密度、合适的相变温度、低过冷度和稳定的理化特性等优异优点。因此，它在实际应用中比较受欢迎，如石蜡，脂肪酸，多元醇等。然而，这些有机相变材料大多是固液相变材料，熔化后仍然会泄漏。它仍然是其大规模应用的障碍。另一方面，有机相变材料它们的导热系数很低，这会导致较大的温度梯度和对温度变化的敏感性。

2、在此，我们以聚乙二醇为相变功能材料，采用加热陈化过程和定向冷冻干燥过程制备镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶两种三维网络复合材料，以及通过真空浸渍聚乙二醇可制得同时高导热且高负载量的复合相变材料。

技术实现思路

1、本发明提出了通过定向冷冻干燥过程合成以镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶为支撑载体复合相变材料的制备方法，以聚乙二醇为相变功能材料，通过真空浸渍聚乙二醇可制得有机复合相变材料。

2、合成聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料包括以下步骤：

3、(1)将镍泡沫浸入氧化石墨烯、电化学剥离石墨烯和氮化硼溶液中，然后定向冷冻干燥得到镍泡沫-氧化石墨烯-氮化硼气凝胶复合物。

4、(2)将(1)中所得镍泡沫-氧化石墨烯-氮化硼气凝胶复合物高温还原得到镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合材料。

5、(3)将(2)中所得镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合物与聚乙二醇以体积比大于1：2混合，通过真空浸渍相变材料的方式得到聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料。

6、进一步地，所制备聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料所采用的聚乙二醇分子量介于2000-1000范围。

7、进一步地，所述步骤(2)中高温还原采用的温度约为400-800℃，还原时间2～4h，使用气氛为n2或者ar。

8、进一步地，所述步骤(3)真空浸渍采用的温度约为60-100℃，浸渍时间12-24小时(h)。。

9、进一步地，所述步骤(3)中制备的聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料中聚乙二醇质量百分含量介于80-98％。

10、本发明公开了一种通过加热陈化过程和定向冷冻干燥过程合成三维网络状镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合碳材料包覆的聚乙二醇的有机/无机复合材料制备方法。以三维泡沫镍，氧化石墨烯纳米片，电化学剥离的石墨烯纳米片，氮化硼纳米片为原料，经过浸泡和定向真空冷冻干燥处理，合成镍泡沫-氧化石墨烯-氮化硼气凝胶复合材料，经高温还原，可得镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合材料；将此镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合材料与聚乙二醇物理混合，加热条件下真空浸渍，可制备聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料。

11、本发明所涉及试剂价廉易得、工艺条件要求低，所制备的聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料为块状物质，具有无泄漏、高导热等特点，可用作建筑材料、工业设备等方面的储热调温相变材料。

12、本方法构筑的复合相变材料中，由于三维骨架网络本身的化学稳定性高，导热性能好，使得最终的复合相变材料稳定性好，对相变材料负载量高，导热性能相比于聚乙二醇有了极大的提升，可用于电池的储热调温。

技术特征：

1.镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

7.一种权利要求1-6任一所述制备方法制备获得的聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料。

8.一种权利要求1-6任一所述的聚乙二醇/镍泡沫-石墨烯-氮化硼气凝胶复合相变材料在热能存储或储热调温或电池热管理过程中的应用。

技术总结本发明公开了一种通过加热陈化过程和定向冷冻干燥过程合成三维网络状镍泡沫‑石墨烯‑氮化硼气凝胶复合材料包覆的聚乙二醇的有机/无机复合材料制备方法。以三维泡沫镍，氧化石墨烯纳米片，电化学剥离的石墨烯纳米片，氮化硼纳米片为原料，经过浸泡和定向真空冷冻干燥处理，合成镍泡沫‑石墨烯‑氮化硼气凝胶复合材料，经高温还原，可得镍泡沫‑石墨烯‑氮化硼气凝胶复合材料；将此镍泡沫‑石墨烯‑氮化硼气凝胶复合材料与聚乙二醇混合，加热条件下真空浸渍，可制备镍泡沫‑石墨烯‑氮化硼气凝胶复合相变材料。本方法构筑的复合相变材料中，由于三维骨架网络本身的化学稳定性高，导热性能好，使得最终的复合相变材料稳定性好，对相变材料负载量高，导热性能相比于聚乙二醇有了极大的提升，可实现对电池的大幅度调温。技术研发人员：史全,刘汉卿受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18