[发明专利]用于太阳能直接光热转换的碳基相变储能材料及制备方法

说明书

本发明提供用于太阳能直接光热转换的碳基相变储能材料及制备方法，属于相变复合材料技术领域；其包括导热增强相变材料颗粒和包覆在所述导热增强相变材料颗粒表面的碳基光热转换增强剂，所述导热增强相变材料颗粒和碳基光热转换增强剂的质量百分比为75‑95:5‑25；所述导热增强相变材料颗粒包括有机相变材料基体和碳基高导热多孔材料。本发明将有机相变材料基体与碳基高导热多孔材料以及碳基光热转换增强剂以上述特定的包覆结构结合，能够分别充分发挥两种碳基材料对相变基体的导热增强与光热转换能力提升的作用，在保证碳基相变储能材料高热导与优良防液态泄漏能力的前提下，还赋予了突出的光热转换性能。

技术领域

本发明涉及相变复合材料技术领域，特别是指用于太阳能直接光热转换的碳基相变储能材料及制备方法。

背景技术

太阳能是地球上分布最为广泛，也是最易汲取的清洁能源。在碳减排成为全球各国能源发展共识后，太阳能转换成为备受瞩目的前沿领域。目前，太阳能常用来进行光热转换、光电转换以及太阳能制氢等，而其中，直接光热转换是效率最高的太阳能利用方式。

光热转换材料由于其自身所特有的光热特性可将所接受的太阳辐照直接转换为热能。但由于太阳辐照内在的瞬时性，传统光热转换材料热能输出不稳定的劣势很突出。相变材料具有独特的潜热存储方式，可在温度恒定的情况（既相变态）下进行热能存储与释放，已在热能存储、电子器件热管理、节能建筑以及可穿戴智能设备等领域被广泛利用。若可将相变特性与光热转换机制相结合，则可成为解决传统光热转换材料供能稳定度不佳的一种有效方式。目前，光热转换相变储能材料已成为太阳能存储利用领域一个非常前沿的研究热点。

光热转换相变储能材料在通过光热转换介质将太阳辐照转换为热能后，便能利用内部相变基体的潜热存储机制将这部分热能存储起来，并可在无太阳辐照的状态下，将所存储的热能以恒温的形式输出。纯相变储能材料热导率极低、固-液相变后的液态泄漏问题严重，且自身所具备的光热转换性能严重不足，需要通过添加具备光热转换特性的导热填料来解决上述问题。碳基材料，金属基材料以及有机物是目前最为常见的光热转换填料。其中，碳基材料由于其兼具良好的全光谱吸收能力与杰出的热导率而被广泛应用。目前绝大多数光热转换相变储能材料的制备均是在相变基体中（烷烃类、脂肪酸类、酯类、醇类以及无机水合盐类等）添加单一品种的碳基填料（石墨烯、纳米炭黑、石墨纳米薄片、碳纳米管、膨胀石墨、碳纤维等）来获得，无法兼具高效的光热转换效率、高热导率以及突出的防液态泄漏能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供用于太阳能直接光热转换的碳基相变储能材料及制备方法，其能弥补现有碳基光热转换相变储能材料性能的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，一种用于太阳能直接光热转换的碳基相变储能材料，其包括导热增强相变材料颗粒和包覆在所述导热增强相变材料颗粒表面的碳基光热转换增强剂，所述导热增强相变材料颗粒和碳基光热转换增强剂的质量百分比为75-95:5-25；所述导热增强相变材料颗粒包括有机相变材料基体和碳基高导热多孔材料。

更优选地，所述导热增强相变材料颗粒和碳基光热转换增强剂的质量百分比为85-93:7-15。

其中，优选地，所述碳基光热转换增强剂选自具有优异吸光性能的材料，具体选自石墨烯、石墨纳米薄片、碳纳米管、纳米炭黑、石墨蠕虫、碳纤维中的一种或多种。

其中，优选地，所述有机相变材料基体和碳基高导热多孔材料的质量百分比为70-90:10-30、更优选70-80:20-30。

其中，优选地，所述有机相变材料基体选自烷烃类、脂肪酸类中的一种或多种。其具体选自C20-40的烷烃，C16-18的脂肪酸中的一种或多种。

其中，优选地，所述碳基高导热多孔材料为具有微孔结构的高导热物质。

更优选地，所述碳基高导热多孔材料选自纳米多孔碳、膨胀石墨中的一种或多种。