[发明专利]一种具有豆荚结构的相变储能材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有豆荚结构的相变储能材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：采用3D打印技术，将作为核层打印墨水的相变材料间歇式注入同轴打印针头的内层，将作为壳层打印墨水的氧化石墨烯分散液连续注入同轴打印针头的外层，进行同轴打印，从而获得具有豆荚结构的相变储能材料。本发明制备的具有豆荚结构的相变储能材料实现了相变材料的独立包裹，成功的实现了相变材料的独立封装、连续制备，并且具有较高的相变潜热；同时该制备方法工艺简单，可重复性好，具有良好的循环稳定性，即1000次冷热循环后包覆率可达100％，该相变结构尺寸可控，大小均匀，可应用于相变储热以及智能衣物等领域。

技术领域

本发明属于功能能源器件技术领域，具体涉及一种具有豆荚结构的相变储能材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对环境友好型可再生新能源应用技术的需求不断加大，其中，热能的储存与利用关系到国计民生。储热技术是有效地利用现有能源、合理使用可再生能源和提高其利用效率的重要技术。在储能和能量释放技术中，相变材料(PCM)在满足智能热能管理和便携式热能领域日益增长的需求方面具有巨大的潜力。随着相变材料的不断开发，利用相变材料相变潜热高、相变过程近似恒温、体积变化小，且过程易控等特点，将具有保温储能特性的相变材料通过不同的方法复合至纤维材料上，可开发多功能化、多样化的相变储能纤维，进一步可为高功能的智能纺织品研究提供了新的途径。然而，相变材料的在相变过程中的形状不稳定性和导热率低是相变材料走向工业化的两个主要缺点。继而将面临相变材料的包覆问题和在储热过程中的传热速率问题，针对目前存在的问题，有部分学者采用乳液聚合制成微胶囊或同轴静电纺丝包覆相变材料。如Chen Z-H(Yu F，ZengX-R，et a1.Applied Energy，2012，91，7)采用聚合乳化剂(烯丙基壬基酚10醚硫酸盐)微乳液聚合法制备了以聚甲基丙烯酸甲酯为壳材料、十二烷醇为相变材料的纳米微胶囊；Babapoor A(Karimi G，Golestaneh S I，et al.Applied Thermal Engineering，2017，118，398)采用同轴静电纺丝法，制备了PA6(壳)和PEG(芯)纳米纤维，提高聚乙二醇质量比可以改善PCM复合材料的热调节性能；Lu Y(Xiao X，Zhan Y，et al.ACS Appl MaterInterfaces，2018，10，12759)探索了一种利用同轴静电纺丝技术获得的芯鞘结构柔性纳米纤维薄膜的简便方法，以PW为核心层，成功地由聚甲基丙烯酸甲酯(methacrylate methyl，PW)包裹。相变储能材料利用基体中相变介质对热量的吸收与释放，以达到保持周围环境温度恒定的一种蓄热调温功能材料。相变复合材料的研发向着较高的储能密度、较好的舒适性与较深的绿色环保理念发展，并不断寻求与其它功能材料进行互补复合，但目前国内外所报道的相变储能复合材料存在焓值低、稳定性及耐用性有待进一步提高等缺点，达不到产业化的要求，从而限制了相变纤维的广泛应用。

现有技术主要存在以下缺点：1)目前所采用的包覆相变材料的方法如微胶囊结构获得的相变容量低，比较分散无法实现大规模连续制备；而纤维核鞘结构为整体单元，一处鞘层破损，造成相变材料全部泄露；2)由于相变材料主要应用于热量的存储与释放，由于聚合物作为壳层热导率差，目前的技术无法实现其快速的热量传递，在包覆相变材料的壳层可用热导率优良的材料，如碳材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有豆荚结构的相变储能材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种具有豆荚结构的相变储能材料的制备方法，其包括：

提供液态相变材料作为核层打印墨水；

提供氧化石墨烯分散液作为壳层打印墨水；

以及，采用3D打印技术，将所述核层打印墨水间歇式注入同轴打印针头的内层，将所述壳层打印墨水连续注入同轴打印针头的外层，进行同轴打印，从而获得具有豆荚结构的相变储能材料。