[发明专利]一种利用活性炭防止熔盐相变储热材料流失的方法

说明书

本发明公开了一种利用活性炭防止熔盐相变储热材料流失的方法，属于相变储热材料领域。该方法包括以下步骤：(1)制备熔盐颗粒；(2)活性炭吸附熔盐相变材料；(3)对试样进行混合压制烧结。本发明采用活性炭吸附熔盐相变材料，基于稳定相变储热材料制备方法，利用压制与造粒法制备熔盐大颗粒，并采用活性炭对熔盐大颗粒进行吸附，最后将吸附熔盐相变材料的活性炭粉体与粘结剂混合压制烧结，即得复合相变储热体。该制备方法简单，成本低廉且适宜大规模生产，不但解决了熔盐相变材料在使用过程中易流失问题，而且使用周期长、力学性能优良，对扩大相变储热材料的使用具有重要意义。

技术领域

本发明属于相变储热材料领域，尤其涉及一种利用活性炭防止熔盐相变储热材料流失的方法。

背景技术

储能技术作为国家战略性新兴产业，是能源转化与利用技术中重要的一个组成部分，选择合适的储能技术路线对于提高可再生能源利用效率、增强火力发电调峰能力以及缓解电网调度都有着重要的意义，其规模化应用将对能源转型、电网格局、电源结构产生重大影响。储热材料是储热技术的核心与关键，其通过把在一段时间或一定空间暂时不用的多余能量经某种途径收集并存储起来，在能量需求高峰期再将其释放出来，优秀的储热材料具有储热密度高、导热系数大以及稳定性好等优点。其中相变储热材料主要通过两相转变来储存或释放大量热能，进而实现在电采暖中“削峰填谷”，使电能得到充分利用。

熔盐相变材料储热密度高，成本低，是储能材料领域研究的热点，但现如今熔盐作为相变储热材料在储热体系中仍存在许多问题，比如在使用过程中熔盐流失，储热体力学性能不足等。这些问题严重影响到了储热体的应用周期和使用范围，急需解决。

国内外研究人员主要采取整体封装的方法解决此问题，Ryo Fukahori(FukahoriR,Nomura T,Zhu C,Sheng N,Okinaka N,Akiyama T.Macro-encapsulation ofmetallicphase change material using cylindrical-type ceramic containers forhightemperature thermal energy storage[J].Appl Energy 2016；170:324-8)采用陶瓷杯封装熔盐，将熔盐放置进陶瓷杯体中在外层加盖封装，这种方法可以隔绝湿度环境和提供支撑的结构，杯体的空间可以为熔盐留出膨胀空间解决了熔盐膨胀系数大的问题，但是这种方式制备繁琐，成本高；陶瓷杯与杯盖之间的粘结随循环次数的增加会出现脱落老化现象；Pau Gimenez(Gimenez P,Fereres S.Glass encapsulated phase changematerials for high temperature thermal energy storage[J].Renewable Energy,2017,107:497-507.)采取将NaNO₃注入玻璃球体从而起到封装和支撑的作用，虽然这种办法可以采用一体化的方式完全解决熔盐的吸湿性问题并且在常温环境提供支撑结构，但是工艺困难，并且在高温下，玻璃存在软化现象，而软化后的玻璃无法承受熔盐的重量进而导致熔盐从底部泄露的问题，不但无法起到结构支撑作用，而且会使整个材料失效；TEAP与EPS Ltd(Pendyala S.Macroencapsulation of Phase Change Materials for ThermalEnergy Storage[J].DissertationsTheses-Gradworks,2012.)分别利用聚合物和金属材料将熔盐封装进球体中，可以使熔盐与外界湿度环境隔离并且提供一个稳定的结构形状，但是这种方法不单使制备成本加大和工艺复杂，而且聚合物的较低的使用温度范围、金属材料的高导电性严重限制了在电采暖的应用环境；Bhardwaj(Bhardwaj A.MetallicEncapsulation for High Temperature(500℃)Thermal Energy Storage Applications[J].2015.)采用碳钢与镍对NaCl-KCl共晶盐进行封装造粒，将碳素钢筒涂抹镍，将熔盐放置在碳素钢筒里，这种方法制备的材料具有良好的导热性与热稳定性，在580℃到680℃之间可以经受1700次的热循环，制作工艺简单，但是这种方式中模具的制备成本高，碳钢在湿度环境下很容易生锈，虽然阻止熔盐吸湿，但是容器生锈依旧会导致失效，并且碳钢与镍也具有导电性，在电采暖环境下易导致短路；Noemí Arconada(Arconada N,Arribas L,LucioB,et al.Macroencapsulation of sodium chloride as phase change materials forthermal energy storage[J].Solar Energy,2018,167:1–9.)使用TiO₂与SiO₂作为封装材料，使用溶胶凝胶法对NaCl熔盐柱体进行包覆制取微胶囊颗粒，此方法可以在湿度环境下使熔盐与外界环境隔离，避免吸湿问题的产生，但是这种方法制备工艺复杂，成本高，工业化生产较难实现，而且SiO₂的导热较差，所以虽然解决了吸湿性问题，但是降低了其储热性能；Li et al.(Li J,Lu W,Luo Z,et al.Synthesis and thermal properties of novelsodium nitrate microcapsules for high-temperature thermal energy storage[J].Solar Energy MaterialsSolar Cells,2017,159:440-446.)采用聚硅氮烷利用超声微波的方式对NaNO₃进行微胶囊封装，这种方法可以制备出比较均匀的颗粒，并且熔点与储热能力无明显变化，但是不但制备工艺复杂，而且封装材料聚硅氮烷的熔点低，不适用中高温熔盐相变储热材料；Leng G等(Leng G,Qiao G,Jiang Z,et al.Micro encapsulatedform-stable phase change materials for high temperature thermal energystorage[J].Applied Energy,2018,217:212-220.)采用硅藻土对NaCl-KCl共晶盐颗粒进行封装，利用喷镀硅藻土的方法将熔盐颗粒封装，并且使用硅藻土作为基体材料，为砖体提供结构支撑，这种方法是目前较为先进的方法，不但可以降低熔盐与湿度环境的接触面积，而且可以为块体提供一个结构基体材料，但是此方法虽然降低了熔盐与空气的接触面积，却因砖体的烧结温度远远低于硅藻土的烧结温度，所以经过烧结后的块体内部不致密，所以水分依旧可以穿过块体中的缝隙与熔盐接触。