[发明专利]一种金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法与应用，将微米尺寸的金属颗粒放置到滤网上，并将滤网置于装有水的容器上方但不与水接触，加热使水保持沸腾，产生水蒸汽，水蒸汽穿过滤网并与金属颗粒表面充分接触，使金属表面与水蒸汽发生氧化反应形成相应的金属氧化物前驱体壳膜；将上述样品干燥后，在氧气或空气气氛下高温热处理，生成相应金属氧化物包覆的金属相变微胶囊储热颗粒，即芯材为金属，壳膜为金属氧化物的核壳结构微胶囊颗粒。本发明制得的胶囊化相变颗粒能够有效防止芯材金属在相变后发生液相泄露，使其在熔点以上也保持固体颗粒的状态，并使芯材物质与空气隔绝，使其使用寿命更加长久，制备简单，工艺环保。

技术领域

本发明涉及储热与热能利用领域，具体涉及一种金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法与应用。

背景技术

近年来，在能源危机日益加重和国家节能减排的客观需求下，使用相变储热技术可以有效解决能源需求和供应在空间和时间上的不匹配以及能源利用率低等问题。相变储热技术在工业余热回收、建筑保温制冷、太阳能热利用等领域具有广阔的应用前景。

相变储热是利用相变物质在相变过程中吸收或放出热量，从而达到热量储存和释放以及调节能量需求和供给的目的。常见的固液相变材料主要有无机水和盐、有机相变材料、熔融盐、金属相变材料等。几乎所有相变储能材料或多或少都存在一些问题，例如，无机水合盐相变材料存在过冷度高和相分离的缺点，导致材料沉淀析出，这使其无法在工业中广泛应用；熔融盐相变材料具有相变体积变化率大、过冷度高、热导率低和腐蚀性高等缺点；有机相变材料的导热率低、相变温度较低且不宽泛。而金属类相变材料具有储能密度大、热稳定性好、导热率高、不存在相分离现象、性价比高等诸多优点，使其在诸多相变材料中脱颖而出，但存在液相泄露和高温腐蚀等问题，限制了其广泛应用。因此，如果能够将金属相变材料封装起来，可以有效解决泄露和腐蚀问题，将其广泛应用到太阳能热发电、工业废热回收利用等领域。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法，能够解决金属相变材料在高温融化相变后存在的液相泄露和高温腐蚀等问题。

本发明的目的之二是提供上述方法制备的金属相变微胶囊储热颗粒的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将一定量微米尺寸的金属颗粒放置到滤网上，并将滤网置于装有水的容器上方但不与水接触，加热使水保持沸腾，产生水蒸汽，水蒸汽穿过滤网并与金属颗粒表面充分接触，使金属表面与水蒸汽发生氧化反应形成相应的金属氧化物前驱体壳膜；

(2)将上述样品干燥后，在氧气或空气气氛下高温热处理，生成相应金属氧化物包覆的金属相变微胶囊储热颗粒，即芯材为金属，壳膜为金属氧化物的核壳结构微胶囊颗粒。

优选的，步骤(1)中所述金属颗粒选自锡单质、锡铝合金、锡铋合金、锡锌合金、铝单质、铝锌合金、铝硅合金中的一种。

优选的，步骤(1)中所述金属颗粒尺寸在1-100μm之间。

优选的，步骤(1)中水蒸汽处理时间为1min-3h。

优选的，步骤(2)中高温热处理温度为300-1000℃，处理时间为1min-3h。

本发明还提供上述方法制备的金属相变微胶囊储热颗粒在节能建筑材料、相变储热系统中的应用。

本发明制得的金属相变微胶囊经100次相变循环后，相变焓值与温度几乎保持不变，且SEM显示微胶囊颗粒没有发生明显的变化，热循环稳定性好，适合用于储热。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：