[发明专利]一种仿骨头等级孔陶瓷基光热储存材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种仿骨头等级孔陶瓷基光热储存材料及其制备方法，仿照人体骨头结构采用发泡法制备了氮化铝等级孔结构，并在氮化铝骨架之上负载了一层氮化钛，最后通过真空浸渍的方法将无机盐浸入氮化铝‑氮化钛骨架之中制得等级孔氮化铝陶瓷基光热储存材料。此种复合材料之中氮化铝等级孔结构形成连续的导热通道，大幅度提高了整体的热导率，热导率可达27W/m·K，极大改进了相变材料因热导率低导致的储/放热速率低的问题。负载的氮化钛使得此种复合材料可直接以太阳作为热源，氮化铝骨架快速导热，无机盐储存热量，是集吸收、传输、存储热量为一体的新型复合光热储存材料。

技术领域

本发明涉及用化学化工方法生产储能材料的技术领域和能源材料的科学与技术领域，具体地，本发明涉及一种仿骨头等级孔陶瓷基光热储存材料及制备方法。

背景技术

能源作为经济发展的支撑，随着社会的进步不断消耗，为此寻找可替代新能源尤为重要。太阳能作为地球资源的一大重要来源，且其供应持久，清洁安全，储存量丰富，对其开发和应用引起了广大研究人员的青睐。但太阳能辐射能量密度和辐射强度受季节、昼夜、阴晴等自然条件的限制存在极大的不稳定性和间歇性，因此十分迫切需要发展热能储存技术来缓解热能的供给和需求在时间、空间、强度上的不匹配，以及提高能源利用率，降低能源利用成本,有效提高能源利用的灵活性。

显热储能是现在最为普遍的储热方式，要求大的容积且主要用于储存温度较低的热能，一般低于150℃，用于取暖；热化学储热利用化学反应达到吸放热的目的，因为涉及化学反应所以反应设备精密且复杂，一般适用于较大型的系统；相变潜热储能利用物质的相变特性，温度达到相变点时吸收或释放的潜热，具有高蓄热密度，且吸放热过程接近等温等特点，因此相变材料受到人们的高度重视，并广泛应用于各种储能系统之中，如集中太阳能发电(CSP)、工业废热回收、电子器件冷却、医学药物运输、航空航天热防护。

相变储能技术的核心是相变材料，其潜热和传热直接影响了储能系统的效率和功率。无机盐作为中高温相变储热材料的首选，但实际应用中面临着很多挑战，纯无机盐热导率很低不利于蓄能系统的充放热，以太阳作为热源时，无法在太阳辐射能量密度最高时快速收集能量。目前常用的技术手段是在相变材料中添加高导热填料，如石墨烯，碳纳米管，或者将相变材料注入多孔结构中，如泡沫金属等。但是无机盐具有很强的腐蚀性，不利于碳基和金属材料的使用，于是采用耐腐蚀的陶瓷作为基底材料。

以太阳能作为热源时，常用的表面式蓄热系统表面温度高，内部传热环节多，热阻太大导致传热过慢无法及时将表面热量传输到储热材料中，使得大部分热量散失，最终效率低。

无机盐固液转化时，存在泄漏问题，为此可采用封装的方式防止无机盐泄漏，但是增加了传热介质与相变材料之间的热阻，降低了传热效率。

因此目前发展储热技术的难点是如何减少中间热阻，提高传热速率，增加系统储放热速率，减少热损失的同时提高储热密度。因此开发一种集光热转换，传热，储存为一体的复合光热材料十分有意义。

发明内容

针对现有储热技术的不足，本发明提供了一种仿骨头等级孔氮化铝陶瓷基光热储存材料及制备方法，通过发泡法制备高导热氮化铝等级孔结构，得到一种高导热，高光谱吸收，高储能密度的复合光热材料。

所述仿骨头等级孔氮化铝陶瓷基光热储存材料包括无机盐相变储热材料、光热材料、导热强化材料，其中无机盐相变材料质量占比为41.8%-46.4%，光热材料质量占比为1%-3%，导热强化材料质量占比为50.6%-57.2%。

进一步地，所述无机盐相变材料为硝酸锂和氯盐或碳酸盐一定比例混合共晶所制得，优选为NaCl和LiNO3混合共晶；所述的一种仿骨头等级孔陶瓷基光热储存材料，其特征在于，所述光热材料为氮化钛，粒径为50纳米；导热强化材料为导热率高的陶瓷材料，如碳化硅，氮化铝，氮化硼，二氧化硅等，优选为氮化铝，理论热导率达320W/m·K，且具有耐高温耐腐蚀的特性。

本发明提供了一种仿骨头等级孔陶瓷基光热储存材料制备方法，包括：