[发明专利]一种基于甲壳素衍生碳的高导热相变材料及其制备方法与储热应用

说明书

本发明涉及一种基于甲壳素衍生碳的高导热相变材料及其制备方法与储热应用，属于储能技术应用领域。甲壳素作为自然界中产量仅次于纤维素的高分子多糖，来源广泛、价格低廉。本发明利用甲壳素天然含有氮元素的特点，通过在非氧化气氛下对其进行碳化，获得原位氮掺杂的碳材料，以此作为支撑材料制备高导热有机相变材料。并在此基础上，进一步调控甲壳素衍生碳材料的孔结构和金属组分，解决有机相变基材在储热过程中导热系数低、易泄漏的问题。

技术领域

本发明涉及相变储能领域，具体涉及一种由甲壳素衍生碳基支撑材料制备高导热相变材料。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

储热是一种从技术和经济上都可以实现规模化的储能技术。其中，相变储热是利用相变基材在发生相变时实现热量的存储与释放，具有储热密度高、稳定性好、相变温度基本恒定的优点，在太阳能利用、建筑节能、工业余热回收等方面都具有广阔的应用前景。有机固-液相变基材因具有无毒、无腐蚀、无相分离、过冷度小的特点成为相变储能领域中一类非常重要的材料。但单一的有机相变基材在储热过程中普遍存在导热系数低、液体易泄露的问题，严重制约了有机相变基材的应用。

为解决上述问题，Mayilvelnathan等人以纳米石墨烯颗粒作为高导热填料，在石墨烯颗粒添加1wt.％时，使相变材料的热导率提升了53.1％；Yang等人利用膨胀石墨负载聚乙二醇，聚乙二醇最佳负载量为90wt.％，并使热响应速度提高了60.5％；Atinafu等人证明了氮掺杂碳的热导率可以在原有碳材料提高33％。可以看出石墨烯、膨胀石墨等虽然可以提高有机相变基材的导热系数，但是成本高昂不适于大规模化使用。因此，研发低成本、高导热有机相变材料势在必行。

作为一种天然的可再生资源，甲壳素广泛存在于昆虫类、甲壳类和软体类动物的骨骼中(虾、蟹壳中的含量高达15％～30％)，每年生物合成量多达100亿吨。但发明人发现：甲壳素的高附加值利用方面仍有待提升。

发明内容

本发明的目的是克服以上不足，以甲壳素为原材料，通过高温碳化制备原位氮掺杂的碳材料用于合成高导热相变材料。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种基于甲壳素衍生碳的高导热相变材料，包括：

支撑材料；

所述支撑材料上负载有相变材料；

其中，支撑材料为甲壳素衍生碳。

研究发现：甲壳素是含氮的六碳糖多聚体，通过非氧化气氛对其进行碳化可以得到原位氮掺杂的碳材料，将其用于制备复合相变材料不仅能够增强导热性能，而且可以大大降低成本。

与传统的生物质多孔碳材料相比，本发明的甲壳素衍生碳不仅具有更优的导热性能；同时，形成的多孔结构中富含含氧、含氮等官能团能够对相变材料形成较强的吸附力，使其更好地固载于多孔结构中，获得的复合相变材料在热处理后，不会因为形变而出现泄露现象，并具有优异的熔化-凝固循环稳定性。

本发明的第二个方面，提供了一种基于甲壳素衍生碳的高导热相变材料制备方法，包括：

将甲壳素单独或与过渡金属盐混合后，在非氧化气氛中碳化，制得甲壳素衍生碳材料；

在所述甲壳素衍生碳材料上负载有机相变材料，制成高导热的有机相变材料。

本发明的第三个方面，提供了任一上述的基于甲壳素衍生碳的高导热相变材料在储热中的应用。

本发明的第四个方面，提供了甲壳素在制备高导热相变材料中的应用。

本发明的有益效果在于：