[发明专利]具有超高热导率的封装式相变储能复合材料及其加工工艺

说明书

本发明为具有超高热导率的封装式相变储能复合材料及其加工工艺，提出了一种利用膨胀石墨和纳米石墨烯片复合热导增强型封装式相变储能复合材料。本发明提出了作为蜡质相变材料的封装体膨胀石墨材料的结构优选范围，其膨胀率达到200倍以上，平均孔径在0.5‑20微米之间；同时确定了膨胀石墨和高导热纳米石墨烯片的配比范围。同时，本发明还提出了相应的复合材料制备工艺。本发明相变储能复合材料的热扩散系数达到2.9mm²/s以上，热导率则达到6.9W/mK以上，该热导率达到单质石蜡材料的近30倍，同时该复合材料的储能密度接近石蜡材料的90%。本发明相变储能复合材料储能密度和热导率都非常高，且绿色环保，具有非常良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有高导热率的封装式相变储能材料及其加工工艺，具体是一种使用膨胀石墨和石墨烯片复合封装技术的有机蜡质相变复合材料及其加工工艺。

背景技术

相变储能材料可以利用材料在相变过程中的潜热吸收与释放来达到调节能量需求和供给失配的目的。最常用作相变储能的材料包括无机水合盐类材料和有机蜡质相变材料，利用这些材料的熔化/凝固相变过程伴随的吸/放热行为达到热能调节的功效。其中，有机蜡质相变材料具有能量密度高、绿色环保、稳定性好等优点，在节能建材、太阳能利用、电气散热等诸多领域受到关注和应用。

蜡质相变材料在使用过程中也存在一些缺陷，一方面该材料的热传导率极低，使得这类相变材料在使用过程中的效率较为低下。另一方面，蜡质相变材料通过固-液两相转换来工作，在液态下容易发生泄漏事故，导致系统效率降低或损坏。目前主要的应对之策是开发相变材料的封装技术，将相变材料封装在固体胶囊中，在防止相变材料的泄漏的同时，提高相变材料的热导率。

材料科研人员提出了多种相变材料的封装技术，包括有机膜封装、多孔金属封装和多孔石墨封装技术等，从文献报道的数据来看，各种封装技术都呈现出良好的效果和应用潜力。单纯的多孔膨胀石墨封装技术效果不错，但是在实际工艺过程中，封装体颗粒之间的孔隙难以通过简单的压制来消除，因此实际复合材料的热传导率和密度仍然偏低；目前有提出石墨镀铜或多孔泡沫铜的导热封装技术，但是由于铜/石蜡界面不存在化学吸附，因此该复合材料不仅价格昂贵，同时存在泄漏的隐患。从目前的信息来看，还没有看到提出一种集储能密度、热导率、防泄漏、性价比综合性能俱佳的封装态储能材料，能够真正适应广大民用市场的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足提供一种具有超高热导率的封装式相变储能复合材料，确保封装材料在起到大幅度提高热导、防止泄漏作用的同时，降低复合材料的孔隙率。

本发明的另一目的是提供上述材料的加工工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

具有超高热导率的封装式相变储能复合材料，包括：

作为相变储能主体材料的有机蜡质储能材料；

作为热导强化封装体的膨胀石墨和纳米石墨烯片，膨胀石墨的蜂窝结构容易将有机蜡质储能材料通过化学共价键的形式进行吸附，形成封装式结构；纳米石墨烯片用于增强热导，同时由于其与有机蜡质储能材料之间的高吸附性和尺度差异能够显著降低复合材料的孔隙率。

所述的具有超高热导率的封装式相变储能复合材料，各组分按重量百分比计为：

有机蜡质储能材料，85～95％；

膨胀石墨和纳米石墨烯片，5％～15％；且膨胀石墨和纳米石墨烯片的比例为9:1～5:1。

所述膨胀石墨是由天然石墨鳞片经常规的硫酸插层、水洗、干燥、高温膨化等工艺过程得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质，要求膨胀率达到200倍以上，平均孔径为0.5～20微米，以获得对有机蜡质储能材料的良好吸附效果。