[发明专利]制备潜热储能材料的方法

说明书

本发明涉及一种由石墨原材料和相变材料制备潜热储能材料的方法，所述石墨原材料选自天然石墨、膨胀石墨和/或石墨纤维，且所述相变材料选自糖醇、水、有机酸和它们的混合物、盐的水溶液、盐水合物、盐水合物的混合物，含石蜡的盐水合物、无机盐和有机盐以及低共融的盐混合物、包合物(Chlatrate)和碱金属氢氧化物、以及这些材料的混合物，并且还涉及根据所述方法制造的潜热储能材料。

相变材料适用于储存潜热形式的热能。相变材料是指在导入或导出热时经历相转化的材料，例如固相到液相(熔体)或者液相到固相(凝固体)的转化或者在低温变型和高温变型之间的过渡。如果向相变材料中导入或从相变材料中取出热，则它的温度如此长时间恒定地保持达到相转化点，直至材料完全转化。在相转化期间输入或排出的热被称为潜热，其不起到改变材料温度的作用。

相变材料作为储热体的实际应用的缺点是这些材料的低导热性。由此储热体的加载和卸载进行得相对慢。

如果将相变材料导入由具有高导热性的材料构成的基质中，则潜热储能体的加载和卸载时间可以缩短。例如在DE-A 19630073中提出，利用存在于液相的“固-液”相变材料浸渍由石墨构成的多孔基质。所述浸渍可以借助浸泡方法、真空方法或者真空印刷方法来进行。

在US-A120020016505中提出，向所述相变材料中混入具有高导热性的助剂，例如金属或石墨粉末。特别在该文献的实施例2中描述，将2g相变材料二十二烷基氯化铵与2g合成石墨KS6一起研磨并且压制成成型体。这种方法的优点在于，通过经济的、可大工业应用的成型方法，例如压片或挤出的可变成型，和加工固态相变材料和含固态添加物例如成核剂(Keimbildner)的相变材料的可能性。作为选择，作为堆料在利用热交换器剖面实现的潜热储能容器中的应用是可能的。

与来自DE-A 19630073的利用相变材料浸渍的石墨基质相反，US-A120020016505中描述的混合物中，导热助剂颗粒没有形成包含相变材料的传导性晶格(Gerüst)。因此，在后一种情况下，导热性不可避免地较低。因此，使用金属屑或合成的石墨粉末作为导热混合物的相当大的缺点在于，要明显提高潜热储能材料的导热性需要相对高份额的导热助剂(参见上文提及的来自US-A120020016505的实施例)。由此降低了潜热储能体的能量密度。

由文献EP 1416027A已知一种添加了膨胀石墨作为导热助剂的潜热储能材料。已经确定，即使在相对少的膨胀石墨体积份额(从5％起)下也实现了导热性的明显上升。不需要添加成型稳定材料。这种添加了膨胀石墨的潜热储能材料与具有相同体积份额的合成石墨的潜热储能材料相比的优点，可以归因于膨胀石墨的性质、结构和形态的特殊性。

膨胀石墨的晶体结构相比大多数合成石墨的多种均质颗粒中的结构更多地符合理想的石墨等高面结构(Schichtebenstruktur)。因此，膨胀石墨的导热性更高。

膨胀石墨的其它特征是低堆积密度和颗粒的高纵横比。众所周知，对于具有低包装密度和高纵横比的颗粒，其渗滤膨胀(Perkolationsschwelle)，也就是对于形成连续传导路径(Leitungspfade)必需的、关键的这种颗粒在复合材料中的体积份额低于紧密包装的具有较低纵横比和相同化学组成的颗粒。因此，通过相对低的膨胀石墨体积份额已经显著增加传导性。

已知的潜热储能材料，特别是通过用液态极性相变材料渗透多孔石墨结构制成的潜热储能材料，具有不可以用相变材料填充的剩余孔体积，使得以体积计没有达到最大可能的储热能力。

本发明的目的在于，提供一种用于制造潜热储能材料的方法，其降低了特别是在制得的潜热储能材料中使用极性相变材料时的剩余孔体积，或者换种说法，在恒定的石墨含量下提高所得到的潜热储能材料中相变材料的填充度。本发明的另一目的在于，提供一种制造潜热储能体的方法和根据本发明得到的潜热储能材料。

所述目的如下实现，即利用相变材料浸渍石墨原材料，所述相变材料选自糖醇、水、有机酸和它们的混合物、盐的水溶液、盐水合物、盐水合物的混合物，含石蜡的盐水合物、无机盐和有机盐以及低共融的盐混合物、包合物和碱金属氢氧化物、以及这些材料的混合物，所述石墨原材料选自天然石墨、膨胀石墨和/或石墨纤维，其中所述石墨原材料在压实(Verdichtet)和利用所述相变材料浸渍之前用等离子体工艺处理。

对于在等离子体中在石墨上产生的官能氧基团，已经令人惊奇地发现，这些氧基团，不同于通过热氧化产生的氧基团，可以具有非常高的长时间稳定性。