一种复合相变材料及其制备方法和应用

本发明涉及相变储热材料，特别是涉及一种复合相变材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、储热技术是利用低价谷电进行热能储存，实现电网“移峰填谷”，保证清洁供暖和节能减排。在相变/固体/熔盐/水储热四种技术中，相变储热利用物质相变过程吸/放热而实现能量存储，储热密度高，成本适中，储热温区和换热方式多样。相变储热系统中最基础和关键的因素是相变材料的性能。

2、相变材料有无机（水合盐类）和有机（石蜡和脂肪酸等）两大类，进行了从单一成分到复合材料、从宏观封装到微/纳米胶囊化的性能改进研究，目前应用的相变材料通常是由多组分构成的，另外为得到具有稳定相变点和相变热、优异可逆相变性能的相变材料，还需添加相变点调整剂及相变促进剂等组分。通过添加相变点调整剂、相变促进剂、高导热材料和多孔介质等来调整相变温度、提高相变材料的导热性和相变焓。

3、目前关于八水氢氧化钡复合相变材料的研究存在一些问题，如过冷度问题，相变潜热值问题，同时相稳定性较差，不能长期使用，仍需改进。中国发明专利cn 106242494 b公开了一种石墨烯气凝胶复合强化中低温相变蓄热材料及其制备方法，该石墨烯气凝胶复合强化中低温相变蓄热材料由以下重量含量的材料组分组成：八水合氢氧化钡和一水合氢氧化钡的质量比是90～70:1，一水合氢氧化钡和八水合氢氧化钡的共熔混合物与气凝胶块体的质量比为100～50:1。但是该复合相变材料存在一水合氢氧化钡和八水合氢氧化钡相分离导致的储热性能下降、普通石墨烯气凝胶吸水而引起的结构性能恶化等问题，造成的性能稳定性差，不能长期使用。

技术实现思路

1、基于上述内容，本发明提供一种复合相变材料及其制备方法和应用。本发明利用磷酸二氢钾改性八水氢氧化钡，同时与疏水改性石墨烯气凝胶块体相结合制备复合相变材料，本发明改善了八水氢氧化钡的过冷度与相分离问题和普通石墨烯气凝胶的吸水问题，获得了相变潜热高、过冷度低、储/放热响应快、相变温度适宜、热性能稳定的全固复合相变材料。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一，一种复合相变材料（磷酸二氢钾/八水氢氧化钡/改性石墨烯气凝胶复合相变材料），包括改性八水氢氧化钡和疏水改性石墨烯气凝胶；

4、所述改性八水氢氧化钡和疏水改性石墨烯气凝胶的质量比为（50-80）:1；

5、所述改性八水氢氧化钡包括八水氢氧化钡、磷酸二氢钾和水；所述八水氢氧化钡与所述磷酸二氢钾的质量比为97-99.5:0.5-3；所述水的质量为所述八水氢氧化钡质量的2%-5%。

6、本发明技术方案之二，一种上述复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

7、将八水氢氧化钡、磷酸二氢钾和水混合后加热至熔融状态，得到熔融的混合物；

8、将所述熔融的混合物与疏水改性石墨烯气凝胶混合后进行保温，得到所述复合相变材料。

9、本发明技术方案之三，上述的复合相变材料在中低温相变储热系统中的应用。

10、本发明技术方案之四，上述的复合相变材料在制备节能材料中的应用。

11、本发明公开了以下技术效果：

12、本发明中使用八水氢氧化钡作为相变储热材料，添加磷酸二氢钾作为成核剂有效降低了复合相变材料的过冷度问题，本发明通过添加去离子水抑制八水氢氧化钡的相分离，将石墨烯气凝胶做疏水改性，使得添加的去离子水不影响气凝胶的导热传热作用，既抑制了八水氢氧化钡的相分离又有效提高了其潜热性能。

13、本发明通过改性石墨烯气凝胶与改性八水氢氧化钡相结合，改善了八水氢氧化钡的过冷度问题的同时使其的相变潜热得到更好的释放，热导率得到提升。本发明磷酸二氢钾/八水氢氧化钡/改性石墨烯气凝胶复合相变材料性能优异，热循环性更加稳定，可应用于中低温相变储热系统，且可长期使用。

14、本发明制备方法简单，易于操作，易于大规模工业化制备。

技术特征：

1.一种复合相变材料，其特征在于，包括改性八水氢氧化钡和疏水改性石墨烯气凝胶；

2.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述疏水改性石墨烯气凝胶的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的复合相变材料，其特征在于，所述石墨烯气凝胶与所述氟硅烷溶液不接触。

4.根据权利要求2所述的复合相变材料，其特征在于，所述氟硅烷溶液的体积浓度为2%-5%；所述氟硅烷溶液的溶剂为无水乙醇。

5.根据权利要求2所述的复合相变材料，其特征在于，所述加热的温度为50-70°c，时间为8-10小时；所述干燥的温度为90-120°c，时间为1-2小时。

6.一种权利要求1-5任一项所述的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所述的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为80-90℃。

8.根据权利要求6所述的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述保温的温度为80-100℃，时间为30-120min。

9.如权利要求1-5任一项所述的复合相变材料在中低温相变储热系统中的应用。

10.如权利要求1-5任一项所述的复合相变材料在制备节能材料中的应用。

技术总结本发明涉及相变储热材料技术领域，特别是涉及一种复合相变材料及其制备方法和应用。该复合相变材料包括改性八水氢氧化钡和疏水改性石墨烯气凝胶；所述改性八水氢氧化钡和疏水改性石墨烯气凝胶的质量比为（50‑80）:1；所述改性八水氢氧化钡包括八水氢氧化钡、磷酸二氢钾和水。本发明通过改性石墨烯气凝胶与改性八水氢氧化钡相结合，改善了八水氢氧化钡的过冷度问题的同时使其的相变潜热得到更好的释放，热导率得到提升。本发明复合相变材料性能优异，热循环性更加稳定，可应用于中低温相变储热系统，且可长期使用。技术研发人员：秦国强,霍佳博,赵自原,王傲,王文涛,吴红亚,秦胜建,杨志刚,于刚受保护的技术使用者：石家庄铁道大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18