[发明专利]SiO2气凝胶基复合相变储能材料的制备方法

说明书

本发明属于热能存储技术领域，具体为SiO2气凝胶基复合相变储能材料的制备方法，利用溶胶‑凝胶技术与超临界干燥工艺制备二氧化硅气凝胶以正硅酸乙脂为硅源，采用酸‑碱两步催化结合超临界干燥工艺制备了网络结构好、孔径分布均匀的二氧化硅气凝胶粉末，以及无裂纹、结构完整的二氧化硅气凝胶块体，其结构合理，利用相变储能可以有效提高能源利用率，解决日益严重的能源危机，满足可持续发展的未来需求，对我国实现“节能减排”具有重要的科学及实践意义。

技术领域

本发明涉及热能存储技术领域，具体为SiO2气凝胶基复合相变储能材料的制备方法。

背景技术

全球能源过度消耗已经成为各国政府和研究机构讨论的重点。在《京都议定书》等协议的约束、规范下，很多国家对气候变化都加以重视，相继提出了“低碳战略”。发展可再生能源已达成共识，世界各国先后制定并通过发展可再生能源来实现低碳发展的战略。在中国，太阳能资源非常丰富，其年总辐射量在860～2080kwh/m²之间。另外，在太阳能资源丰富的地区，其风能资源也非常丰富。在2019年仅一年的时间里，中国新增风电并网容量为1449kw，累计并网容量7716kw，同比增长了34％。我国的可再生能源发展态势快速增长，其中风电、太阳能发电等已经处于世界领先地位，未来我国在可再生能源领域有望成为世界的领跑者。能源研究重点逐渐倾向于新型可再生能源的开发，但是以太阳能和风能为首的可再生能源存在着间歇性与不可持续性，因此新能源的应用还存在着一定的障碍。

热能存储技术被认为是对可再生能源的可持续控制和利用的关键技术，通过对过剩的热量进行收集并存储到适合的介质或设备中，待需要时再释放出来，并可以有效解决热量供需过程中的间歇性和不可持续性。储能技术的介质核心是相变材料，分为有机相变材料和无机相变材料。在有机相变材料中，以相变石蜡为代表的相变材料具有相变潜热较高、化学稳定性好、固态时成型较好的优点，并在太阳能利用、新型绿色建筑、工业热回收等领域有着较为广泛的应用。然而石蜡等有机相变材料热导率低，容易造成系统局部过热或过冷，储能密度降低，以及热稳定性差，在发生固－液相变后流动性增加容易发生泄露，导致储热系统的储热性能下降。解决这一问题的有效途径就是通过多孔载体复合技术将无机相变材料封装在多孔载体中，制备成多孔复合材料。利用多孔骨架材料与液体之间的表面张力和毛细管力，液态的LPCM(低温无机相变材料)可以被固定在孔体积中，有效避免泄露的问题，同时多孔复合相变材料具有较高热导率、较高相变温度、较高相变潜热、循环稳定性好的特点。

近年来，相变储能技术广泛应用于冷链运输行业，冷链物流的重要性随着电商行业的大规模扩展而日益突出。从2010年至2016年，我国果蔬、肉类和水产品的冷链流通率已经由原来的5％、15％、23％增加到了22％、34％和41％，冷藏运输率也由原本的15％、30％、40％增加到了35％、57％、69％，然而相比于发达国家易腐产品的冷链流通率仍有较大差距。目前，冷链运输中采用的制冷方法主要是利用柴油机驱动的机械蒸汽压缩制冷，然而这种制冷方式的能源利用率低，运营及维护成本高，噪声大。同时，在运输过程中频繁的开箱卸货会使制冷装置频繁地启动和停止，从而难以使运输产品长期稳定地保持在规定温度以下。此外，柴油机驱动的制冷系统会产生温室气体和颗粒物排放，助长全球变暖。据统计，一般典型的冷藏车每年将产生50t的CO₂，将相变储能应用到冷链物流中成为了开发新型冷链物流装备的新方向，以此解决运输过程中温度波动的问题，实现对产品的精确温度控制并且有效节省能源。

除了低温领域外，相变储能同样也适用于高温行业，如消防行业。研究指出，人类皮肤感受到疼痛的温度约为44℃，当皮肤的温度接近55℃时，皮肤就会达到二级烧伤。消防员在火灾当中，周围温度为100～300℃，热通量为1～10kw/m²下，消防员暴露30s就会对皮肤造成二级烧伤。因此，将相变材料应用到防护服上能够从周围环境中吸收热量，缓冲织物层的温度变化，减少传递到人体皮肤表面的热量，提高热防护性能。基于以上原因，利用相变储能可以有效提高能源利用率，解决日益严重的能源危机，满足可持续发展的未来需求，对我国实现“节能减排”具有重要的科学及实践意义。

发明内容