[发明专利]一种氮化硼/石墨烯双导热基气凝胶复合相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硼/石墨烯双导热基气凝胶复合相变材料，由改性氮化硼/石墨烯气凝胶和正十八烷采用真空浸渍法复合而成。双导热气凝胶是以氧化石墨烯、改性氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮和乙二胺为原料制备氮化硼/石墨烯水凝胶经冷冻干燥后，再恒温煅烧制得；聚乙烯吡咯烷酮作为交联剂，乙二胺作为还原剂。其制备方法包括以下步骤：1）改性氮化硼的制备；2）氮化硼/石墨烯双导热基气凝胶的制备；3）氮化硼/石墨烯双导热基气凝胶复合相变材料的制备。作为相变材料的应用，导热系数为0.9‑1.6W/(m·K)；相变温度为19‑32℃，相变潜热为200‑220J/g。本发明具有以下优点：1、导热系数提高738%；2、有效解决相变过程中的泄露问题；3、高相变潜热和热稳定性能。

技术领域

本发明涉及相变储能材料领域，具体涉及一种氮化硼/石墨烯双导热基气凝胶复合相变材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着现代工业的迅速发展，人们对能源的需求逐渐扩大。但是，传统能源大多是不可再生能源，很容易面临能源短缺的问题，并且传统能源主要由C、S、N等元素组成，因此在消耗过程中往往排放出对全球环境起到温室效应的CO₂、CO以及对人类社会生存有害的SO₂、NO等副产物。因此，人们迫切的需要研究开发清洁和可再生能源，以取代传统能源并提高现有能源的利用率。但是，可再生能源受到地理、季节、成本、技术等条件的限制，无法稳定可持续使用。因此，需要寻找高效、便捷的储能技术缓解人类的能源危机。

热能储存技术作为近几十年来发展尤为迅速的一类储能技术，现如今已经成为高效率能源利用技术中重要的一环。常用的热能存储主要分为以下三种：显热储存（sensibleheat storage, SHS）、潜热储存（latent heat storage, LHS）和化学热储存（thermochemical energy storage, TCS）。相变潜热储存技术的基本原理可以解释为：相变材料（Phase Change Materials, PCMs）通过自身的相态转变过程吸收外部高温环境中的热量，使外部环境中出现由于热量损失而形成的升温速率迟缓现象，同时在降温过程中释放出的额外热量可导致外部环境的降温速率出现迟缓现象，这两种现象使相变材料起到了温度调节的效果。由相变材料存储或释放的热量称为相变潜热，其储热能力取决于潜热的大小。由于具备适宜的相态转变温度、较大的储热性能、优异的生物相容性、商业性，因此相变材料在近十年内的工业和科研领域得到了快速的发展。然而，相变材料在应用方面存在着热响应速率低的缺陷。

改善相变材料的导热性，可以通过在复合相变材料中添加具有高导热性能的纳米材料进行实现，例如现有技术Xin Fang等（Fang, X., Fan, L.-W., Ding, Q., Yao, X.-L., Wu, Y.-Y., Hou, J.-F.，Thermal energy storage performance of paraffin-based composite phase change materials filled with hexagonal boron nitridenanosheets. Energy Conversion and Management, 80, 2014.01.016.），通过在相变材料石蜡中填充高导热材料氮化硼纳米片制备复合相变材料，实现材料的导热率最高达到0.53W/(m·K)，相对于石蜡提高了约358%。

但是，单独的相变材料并不能直接进行应用，还必须克服相变过程，相变材料吸热变为液态时发生泄露的问题。解决相变材料泄露问题的重要方法是制备具有壳核结构的复合相变材料。而壳核结构的复合相变材料同样面临导热性能的问题。