[发明专利]一种供暖用相变储热材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种供暖用相变储热材料，所述介孔碳纳米纤维的制备方法包括以下步骤：（1）制备纺丝液；（2）制备前驱体纤维；（3）对前驱体纤维进行高温烧结，得到复合碳纳米纤维；（4）对得到的复合碳纳米纤维进行刻蚀，得到介孔碳纳米纤维。最终介孔碳纳米纤维和石蜡复合得到供暖用相变储热材料，本发明制备的相变储热材料有效解决了纯石蜡作为相变储热材料的不足，具有潜热值大、热导率高、稳定性好等特性，适合在家用太阳能清洁供暖系统的作为热量存储介质。

技术领域

本发明专利涉及相变储热材料及其制备方法，具体来说是利用材料在环境温度上升或下降时引发材料本身物相发生变化的过程中吸收或者放出热量，用于大规模热量存储的材料及其制备方法。

背景技术

太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，当前，传统化石燃料逐年减少，全球能源危机日益严重，对太阳能的开发和有效利用已成为实现保障能源安全、促进能源利用多样性的重要方式。太阳能具有清洁、经济、高效等诸多优势，但是其本身又存在明显的稳定性差、能量密度低等先天不足，为太阳能的推广和应用提出了巨大的挑战。太阳能的不稳定性主要表现在其光照强度受昼夜、季节的更替以及天气阴晴雨雪等因素的影响。未解决太阳能利用的连续性和稳定性问题，实现能量的稳定、高效利用，选择对太阳能进行存储，保证能量能够在需要的时候得到及时的释放成为了当前研究的热点。

相变材料是利用潜热储热的方式实现对热能的存储，依据材料在环境温度上升或者下降时引起的材料本身的物相发生改变的过程中吸收或者放出能量，从而实现大规模的能量存贮。相变材料具有高的储热密度、相变温度基本保持恒定、稳定性好等多种优势，在当前热能存储研究领域备受关注。石蜡作为一种常用的有机固液相变储热材料，具有无毒、无腐蚀、来源广、价格低廉、相变稳定性好的诸多优点，且相变潜热值可达250J/g。石蜡是一类直链烷烃化合物的统称，结构相似，性能相同，随着主链C原子数的增加，相变温度提高，相变潜热值增大。石蜡的相变温度维持在25-65℃之间，恰好满足太阳能采暖所需要的温度区间。此外，石蜡作为相变储热材料的优势还在于不同C原子数的石蜡混合物的相变温度具有一定的温度梯度，较单一相变储热材料相变温度单一来说，可以有效缓解热能释放过程剧烈而难以控制的问题。但是石蜡在使用中存在着几乎所有纯有机相变储热材料的共同缺陷，即易泄露、传热效率低等问题。

解决有机相变储热材料易泄露和传热效率低的问题，通常采用复合材料制备技术方法，即以有机相变储热材料为相变介质，以孔状、管状或者层片状的无机材料为支撑结构，利用支撑材料大的比表面积对相变材料进行吸附，形成稳定的定形相变材料，再添加一定量的高导热增强材料制备得到有机-无机复合定形相变材料。在已有技术中，李润丰在其博士论文《铁尾矿多孔陶瓷_石蜡复合相变储能材料的制备与性能研究》中详细阐述了石蜡与多孔材料制备的复合相变材料特性具有较好的蓄热能力。李国等人在学术论文《碳纤维-纳米石墨片网络体导热增强石蜡相变储能复合材料的制备及表征》中研究制备了高导热率、热稳定性好的复合相变材料。

但是随着添加物质的量的增加，相同体积容器所能盛放的相变材料的量会受到影响，具体表现为储热量的不足，对实际应用限制极为明显。因此，探索低添加的复合相变材料变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种潜热值大、热导率高、稳定性好，适合在家用太阳能清洁供暖系统的作为热量存储介质的相变储热材料及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种供暖用相变储热材料，为石蜡与介孔碳纳米纤维复合材料。

一种供暖用相变储热材料的制备方法，所述介孔碳纳米纤维的制备方法包括以下步骤：（1）制备纺丝液；（2）制备前驱体纤维；（3）对前驱体纤维进行高温烧结，得到复合碳纳米纤维；（4）对得到的复合碳纳米纤维进行刻蚀，得到介孔碳纳米纤维。

优选的，石蜡与介孔碳纳米纤维进行复合的步骤为：石蜡加热至80℃使其完全融化成液态，将剪切成长度为4-5mm的一维介孔碳纳米纤维置于其中，对石蜡进行吸附，直至容器中无可流动的液态石蜡为止，得到介孔碳纳米纤维-石蜡混合物。