[发明专利]一种消除相分离和过冷度的储能材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除相分离和过冷度的储能材料，该储能材料能够在室温条件下与被动储能方式相结合，应用到与生命机体相关的领域。

背景技术

随着社会经济发展和人们生活水平的提高，人类对能源的需求性和依赖性也日益增强。到目前为止，人类所消费的能源绝大多数属于不可再生资源，而且对能源的利用存在着巨大的浪费。开发绿色能源以及提高原有能源的利用效率已经成为当前经济发展的重要目标。因此，科学家们开始转向对太阳能、风能等可再生能源的开发和利用，并取得较大的发展。但是，这些资源都存在着间歇性和不稳定性缺点，如何能够将这些能源合理的进行储存，以便在需要时再释放出来，成为当前研究的热点。

水合盐无机相变材料因具有极大的储热能力和近似恒温两大优点，已经受到极大的关注。其中，CaCl₂·6H₂O的相变温度范围因与人类以及其他生命机体的生存环境较为接近，所以能够与太阳能或其他余热能量相结合，实现被动式储热与放热，从而起到调节温度的作用。但是，CaCl₂·6H₂O与其他水合盐相变材料同样面临相分离和过冷度大的问题。其中，相分离对材料的寿命影响要远远大于过冷度。

相分离是由于水合盐相变材料在溶解－冷却过程中，由于出现其他相的结晶，而这些析出的其他相结晶并不参与到下一步的结晶与放热过程，导致相变材料的温度发生变化，寿命缩短，进而失去储能作用。

CaCl₂·6H₂O相变过程的转熔温度是29.45℃，脱水形成稳定的α晶型的CaCl₂·4H₂O。当溶液冷却时，在32.78℃开始出现CaCl₂·4H₂O，直到29.45℃时，进一步形成CaCl₂·6H₂O。在CaCl₂·6H₂O的相变过程中大约产生9.45％的CaCl₂·4H₂O，而CaCl₂·4H₂O的相变点是43.3℃。这也就意味着在被动储能的应用中，如果CaCl₂·6H₂O的热循环条件不能够彻底小于29.45℃或大于32.78℃这两个终端温度，势必在容器底部沉积一定厚度的CaCl₂·4H₂O，而沉积部分只有表面能够接触到游离水，其内部的CaCl₂·4H₂O很难接触到游离水。同时，在容器上层溶液中由于游离水过多，变成了CaCl₂的稀溶液，也进一步失去相变储能的作用。

针对相分离现象的解决，可以采取添加增稠剂，避免密度较大的固体CaCl₂·4H₂O沉入到容器底部。例如中国专利CN1754936A所公布的以丙三醇、聚乙烯醇等多元醇作为增稠剂。中国专利CN102134473A所公布的以气相SiO₂和甘油以及三羟甲基丙烷作为增稠剂。中国专利CN102827588A所公布的以明胶，聚丙烯酸钠等一系列有机高分子聚合物作为增稠剂。尽管添加增稠剂在一定程度上可以抑制相分离，但是随着熔解－冷却循环次数的增多，这些增稠剂也会产生热疲劳问题，同样会发生相分离。A.Abhat(A.Abhat Low temperature latent thermal energy storage:heat storage materials.Solar Energy,983,30,313-332.)指出添加增稠剂会严重降低相变材料的热焓值，并且随着热循环次数的增多，其热焓值衰减程度大。而且，增稠剂的添加也会引起相变材料出现热传导系数降低、过冷度变大，液体到达相变点的时间过长，缩短了相变材料在相变点时的恒温时间。