一种磁性相变复合材料的制备方法、光热储能磁开关用组件及储能方法

本发明属于储能， 具体涉及一种磁性相变复合材料的制备方法、光热储能磁开关用组件及储能方法。

背景技术：

1、地球上的各种能源包括化石燃料、水能、风能和太阳能等，给地球上的生命提供了基本的生存保障。 目前人类所消耗的能源中89％左右是化石燃料(石油、天然气和煤炭)，其中， 已知的石油储量约为1700亿桶， 天然气储量约为680万亿立方米， 煤炭储量约为860亿吨。但是化石燃料的使用存在缺点，首先，化石燃料的燃烧是全球气候变暖的主要原因之一；其次，化石燃料在燃烧过程中会产生大量有害物质；最后，化石燃料的开采成本高，且利用率低。因此，基于上述分析，寻找化石燃料的替代能源迫在眉睫。目前为止，大多数替代能源都聚焦于风能、水能、太阳能和氢能等清洁能源，这些能源在使用过程中不会对环境产生危害，且不存在枯竭的可能。因此，可再生能源的发展和利用被受到重视。在所有清洁能源中，太阳能具有总量大、清洁、使用地域广泛等优点。但由于太阳辐射具有能量密度低以及间歇性的缺点，因此需要将太阳能进行有效的接收以及存储，需要时再释放。就此学者对太阳能的利用主要聚焦于如何将其进行高效利用，采用合适的材料进行光热储能就能满足以上要求， 该技术清洁、高效、安全可靠， 具有巨大的应用潜力。

2、光热储能从储热原理来说目前为止有三种方式：显热储能、潜热储能以及化学热储能。其中，化学热储能处于试验研究阶段， 目前采用的技术较多的是显热以及潜热储能。潜热储能是利用材料融化吸收热量将热量以内能方式储存在材料的内部， 由于具有储热密度高，体积小，安全可靠的优点而被广泛采用。潜热储存重点首先在于储存潜热的材料，即相变材料，其次是如何对已储热的材料进行保温。因此，利用太阳能进行的潜热储存涉及到对太阳能的吸收、转化、传递， 以及储存过程中有效的保温系统。

3、当前相变储能的应用涉及到热电转化、建筑隔热保温、 电子器件热保护等多个领域。传统的潜热材料如石蜡稳定性差，且导热系数低，对太阳辐射全光谱的吸收比较低。这就导致了以下问题：首先，石蜡融化后不成形，需要采用特定容器陈放；其次，光热转换效率低；最后，热传递速度慢，导致热量集中在吸热表面，储热材料温度分布不均，对环境散热损失大。因此，针对上述问题的改进方法是：首先，采用复合相变材料，主要包括三大主要成分：相变基质、支撑基质，导热以及吸光材料。同时，对复合相变材料在储热过程中进行有效的保温防护也能提高太阳能的利用率。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决储热材料对太阳能吸收效果不足以及热损失较大等问题，提供一种磁性相变复合材料的制备方法、光热储能磁开关用组件及储能方法。

2、本发明以制备的磁性相变复合材料和光热装置结合为核心，具有良好的光热储能以及保温效果，利用磁性材料可被永磁体所吸引的特性，可调整其与光源的距离，以此形式作为热开关控制储热速率，通过制备出吸光度高且形状稳定的磁性复合相变材料和选择合适的永磁体以及设计出合理的储热系统，来实现高储能密度以及高效光热转换系统。将磁性复合相变材料放置于一个光学透明玻璃容器内，永磁体放置于玻璃容器之上，设置为活动边界以添加以及去除永磁体。即当储热时，添加永磁体；储热完毕后，撤去永磁体以进行保温，以此仅通过移动永磁体进行无接触式调整外界条件，使得磁性相变复合材料可以进行高效储热以及保温。

3、为实现上述目的， 本发明采取的技术方案如下：

4、一种磁性相变复合材料的制备方法， 所述方法为： 采用超声法配置一定浓度石蜡/fe3o4分散液，然后用超声法，在上述分散液中加入sebs弹性体，得到磁性相变复合材料。

5、进一步地，所述磁性相变复合材料中，各组分的质量分数为：85-90 wt.％的石蜡，5-10wt.％的sebs， 5-10 wt.％的fe3o4。

6、一种包括上述制备方法制备的磁性相变复合材料(光热转换材料)的光热储能磁开关用组件， 所述组件是实现光热储能以及保温的核心， 所述组件包括若干磁铁(永磁体)，磁性相变复合材料， 保温材料泡沫以及光学透明玻璃圆筒型容器；

7、所述磁性相变复合材料放置在光学透明玻璃圆筒型容器内， 放置于保温材料泡沫之上，磁铁放置于玻璃容器顶部，所述磁性相变复合材料接收太阳光，将太阳能转换为热能，从磁性相变复合材料的吸光表面将热能传递到内部(热能以内能的形式存储在复合材料内)；

8、所述永磁体在需要磁性相变复合材料吸收太阳光时放置在光学透明玻璃圆筒型容器顶部， 不需要时移开。

9、一种包括上述光热储能磁开关用组件的储能方法，在进行储热时，将永磁体放入玻璃容器顶部， 磁性相变复合材料在永磁体的吸引作用下被吸引至玻璃容器顶部， 进行储热，储热完毕后，撤除永磁体，储热材料掉入原来的位置，其上方空间由空气封存，此时材料由与玻璃容器的导热转换为与空气的导热，由于空气导热系数远小于玻璃容器，因此在保温过程中热损失将大大减少。

10、本发明相对于现有技术的有益效果为：

11、(1)相对于其他制备相变复合材料的技术， 本发明要求不高， 制备简单， 且制备所使用的物质广泛存在于市场， 成本低；

12、(2)磁性相变复合材料同时具备光响应以及磁响应， 且形状稳定， 响应后可以保持形状固定的情况下完成需求；

13、(3)本发明所制备的材料相对于其他技术合成的材料， 使用过程中可以通过非接触性外界作用进行定向移动，通过调控复合材料内磁性材料的成分，使其饱和磁化强度更大，或者永磁体的数量， 使得磁场强度增大， 可以得到不同应用增强效果。

技术特征：

1.一种磁性相变复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法为：采用超声法配置一定浓度石蜡/fe3o4分散液，然后用超声法，在上述分散液中加入sebs弹性体，得到磁性相变复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种磁性相变复合材料的制备方法，其特征在于：所述磁性相变复合材料中，各组分的质量分数为：85-90wt.％的石蜡，5-10wt.％的sebs，5-10wt.％的fe3o4。

3.一种包括权利要求1或2所述制备方法制备的磁性相变复合材料的光热储能磁开关用组件，其特征在于：所述组件包括若干永磁体(1)，磁性相变复合材料(2)，保温材料(3)以及光学透明玻璃圆筒型容器(4)；

4.一种包括权利要求3的光热储能磁开关用组件的储能方法，其特征在于：在进行储热时，将永磁体(1)放入光学透明玻璃圆筒型容器(4)顶部，磁性相变复合材料(2)在永磁体(1)的吸引作用下被吸引至光学透明玻璃圆筒型容器(4)顶部，进行储热，储热完毕后，撤除永磁体(1)，磁性相变复合材料(2)掉入原来的位置，其上方空间由空气封存，此时磁性相变复合材料(2)由与光学透明玻璃圆筒型容器(4)的导热转换为与空气的导热，由于空气导热系数远小于玻璃容器，因此在保温过程中热损失将大大减少。

技术总结一种磁性相变复合材料的制备方法、光热储能磁开关用组件及储能方法，属于储能技术领域。所述方法为：首先采用超声法制备混合均匀的石蜡/Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;混合溶液，然后将SEBS弹性体在超声处理下加入上述混合溶液，得到磁性相变复合材料。本发明光热储能的方法，采用光热转换效果较好、重复利用率高的磁性相变复合材料，可以快速完成储能过程，且储热量大，添加的石蜡以及Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;不影响储热过程，储热过程形状稳定的同时，还能通过调整永磁体进行储热以及保温，采用的原料皆是市场广泛使用的，成本低，提高了光热储能的经济效益和环境效益。并且整个制氢过程采用太阳能装置，电源可以与其他新能源过程结合，比如风电和光电等，降低化石能源消耗和碳排放。技术研发人员：石雷,周天,黄存文,陈佳俊,宁睿彬,郑年本,孙志强受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15