[发明专利]具有吸光和导电性质的复合定形相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，具体涉及一种以有机相变材料为储能基质，以三维连通多孔碳材料为封装定形骨架，具有吸光、导电性质的复合定形相变材料及其制备方法。

背景技术

相变材料作为一种高效的热能储存材料，在建筑控温节能、电力调峰、太阳能利用、余热回收等方面具有广阔的应用前景，而有机相变材料（石蜡类、脂肪酸类和脂肪醇类）因其良好的循环性能、无过冷和无相分离等优点而被广泛应用。但是有机相变材料同时也存在缺点，低的导热率使得相变材料在吸收和释放能量时速率小，对环境的热响应慢，限制了有机相变材料应用的进一步发展。同时有机相变材料从固态转化为液态后还需要容器进行封装，因此对相变材料进行封装的同时改善其热导性能也是一个研究热点。而多孔碳材料因其热导率高和成本低等优点在相变材料的封装上发挥了很大作用。Anne Mallow等(Journal of Materials Chemistry，2012,22,24469)采用鳞片石墨封装石蜡并讨论了复合材料的稳定性，复合材料在封装石蜡的同时起到了提高导热性能的作用。

复合定形相变材料在应用过程中能量来源可分为环境给热、太阳能给热和电能给热，其中环境给热主要通过空气对流来传热，增加相变材料的热导率就可以提高能量传输效率，目前研究的主要目的是提升复合相变材料的导热率，而对于太阳能和电能的利用却很少研究。

J.L.Zeng等(Polyaniline/1-Tetradecanol Composites Form-stable PCMS and electrical conductive materials,Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2008,91,455)采用导电性高分子聚苯胺复合封装有机相变材料十四烷醇，在改善相变材料导热率的同时使得复合相变材料具有导电性，但是该技术并没有讨论将电能转化为热能储存于相变材料中，而电能高效转化为热能并储存于相变材料在电力调峰领域具有广泛应用，十分有必要进行深入研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有吸光、导电性质的复合定形相变材料及其制备方法，该复合定形相变材料不需要容器封装，在显著改善相变材料导热率的同时具有良好的吸光和导电性能，能够将太阳能和光能高效转化为热能储存于相变材料中。

本发明的复合定形相变材料，由质量分数为85%-95%的有机相变材料和15%-5%的多孔碳材料组成，所述有机相变材料分布于所述多孔碳材料内。

所述有机相变材料选自石蜡、脂肪酸、脂肪醇中的一种或多种的混合物。

所述多孔碳材料选自碳纳米管海绵、碳纳米管阵列、石墨烯凝胶中的一种。

本发明的复合定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：

1）制备具有三维连通多孔性质的碳材料；

2）将有机相变材料加热熔化，使其温度达100~120℃；

3）将液态的有机相变材料缓慢浇注于多孔碳材料上，形成的混合物中有机相变材料的质量分数为85%-95%，多孔碳材料的质量分数为15%-5%；

4）将所述混合物在温度为100~120℃的条件下震动一定时间，使有机相变材料在多孔碳材料中均匀分布；

5）在室温下将步骤4）所得混合物绞碎，然后置于模具中压制成型，得到具有吸光、导电性质的复合定形相变材料。

优选地，所述三维连通多孔性质的碳材料可以采用化学气相沉积法、高温炉碳化法和水热法等方法制备。

优选地，所述震动的持续时间为0.1-1小时。

优选地，步骤5）使用绞碎机将混合物绞碎。

优选地，步骤5）所述压制成型的压力为0.8-5MPa。

本发明采用有机类相变材料作为储热基质，三维连通多孔碳材料作为支撑骨架能够直接有效的封装相变材料。有机相变材料与三维连通多孔碳材料之间强的分子间作用力和多孔材料的毛细作用完成有机相变材料的有效封装，达到有机相变材料不泄露的目的，而多孔碳材料同时起到了封装剂和结构支撑的作用。本发明的特点是，三维连通多孔碳材料具有良好的导热率，使得复合定形相变材料具有良好的导热性能；同时该三维连通多孔碳材料骨架具有良好的吸光性能，使得复合定形相变材料能够吸收阳光将太阳能高效转化为热能存储于相变材料中；由于多孔碳材料为三维连通的，其整个碳骨架具有优良的导电性能，所以在加电压下能够将电能高效转化为热能储存于相变材料中。