[发明专利]膨胀石墨复合蓄热材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种膨胀石墨复合蓄热材料及其制备方法。

背景技术

目前， 化学蓄热是一种高效的蓄热技术，具有非常好的发展前景，其储能密度比相变蓄热要大一个数量级。氢氧化钙化学蓄热材料具有稳定性好、储能密度高、循环性好、空隙率合适等特点，是一种非常好的太阳能化学反应蓄热方式。但脱水动力学速度过慢严重制约这种材料的规模化应用，开发复合材料是提高其脱水动力学性能的主要手段，其中降低热分解反应的温度和提高复合材料内部传质传热性能是提高其脱水动力学的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨胀石墨复合材料Ca_xM_y(OH)_[2(x+y)-z]Cl_z·2H₂O /C，以降低反应所需的温度，解决太阳能化学蓄热材料的脱水动力学问题。

本发明另一目的是提供上述膨胀石墨复合材料的制备方法。

本发明实现过程如下：

分子式Ca_xM_y(OH)_[2(x+y)-z]Cl_z·2H₂O/C表示的膨胀石墨复合材料，其中M为Co、Ni或Zn，x/y为0.25～2，C表示石墨，Ca_xM_y(OH)_[2(x+y)-z]Cl_z·2H₂O与C的重量比为0.25～0.5。

x、y和z合理取值，[2(x+y)-z]不等于零，通常情况下，4z＞[2(x+y)-z]＞0.5z。

上述膨胀石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氢氧化钙和M(OH)₂加至饱和氯化铵溶液中搅拌反应得到悬浮液，M为Co、Ni或Zn；

（2）加入可膨胀石墨充分超声振动；

（3）静置陈化生长；

（4）加热蒸干水分。

上述膨胀石墨复合材料可应用于化学储能中。

本发明依据的化学原理如下：

本发明的优点与积极效果：本发明提出了一种膨胀石墨复合材料，把氢氧化钙与过渡金属氧化物制成纳米复合材料，并储放在多孔膨胀石墨基体中避免这些微粒在吸热放热反应中再次聚合在一起，多孔膨胀石墨基体的存在可以有效地提高蒸汽的传热性能以及减少反应过程中固相的膨胀和收缩对反应的影响。

附图说明

图1为复合材料的微观组织；

图2为复合材料的在对应点的能谱图；

图3为复合材料热重图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的发明内容和特点，用以下实施例作进一步的详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

向烧杯中加入1000 mL蒸馏水并加热至293 K，然后将足量的氯化铵加入到烧杯中，充分搅拌，过滤得到饱和氯化铵溶液，称量144 mg氢氧化钙加入到烧杯中，搅拌使其充分溶解；称量162 mg氧化锌加入到氢氧化钙溶液中，不断搅拌，连续反应12 h，得到乳白色的悬浮液;将200mg粉末状膨胀石墨加至烧杯中，在293 K的温度下超声振动24 h；然后将该溶液在293 K的温度下静置约12 h后，将烧杯放置在353 K的温度下约10 h排氨气和水，烘干后取出膨胀石墨用蒸馏水洗涤，加热至353 K的温度下干燥10 h，循环水洗、干燥重复2-3次即可得到最终膨胀石墨基钙系纳米复合太阳能蓄热材料。微观分析表明该材料的化学式为CaZn_0.97(OH)_2.8Cl_1.14·2H₂O /C，具有无定型的晶体结构，能够实现纳米级的复合。其常压下的平均脱水分解温度约为370 ℃，与单纯的氢氧化钙相比降低了约130 ℃，循环稳定性较好，储能密度约为97.3 kJ/kg。对应的微观组织见图1所示，对应点的能谱分析见图2所示，该复合材料热重分析见图3所示。

实施例2