本發(fā)明屬于儲(chǔ)能材料，具體涉及一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，煤炭、石油等非可再生能源的消耗急劇增加。但能源的過度開采，會(huì)造成能源危機(jī)，反而阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且傳統(tǒng)能源在被消耗時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢氣等污染，造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，因此采取積極有效的措施迫在眉睫。太陽能作為地球上最豐富的能源資源，取之不盡，用之不竭，對(duì)環(huán)境幾乎沒有污染，是國際上公認(rèn)的最有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?。目前常見的太陽能的利用方式分為太陽能光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換。其中光熱轉(zhuǎn)換具有操作簡單、更貼近人們?nèi)粘Ｉ畹葍?yōu)勢，受到了眾多研究人員的關(guān)注，通過選擇合適的光熱轉(zhuǎn)換材料，將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能進(jìn)而利用已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。然而太陽能的利用容易受環(huán)境影響，具有不穩(wěn)定、不連續(xù)的特點(diǎn)，導(dǎo)致能源的有效利用率較低。熱能儲(chǔ)存技術(shù)可以將太陽能以熱能的方式儲(chǔ)存起來，當(dāng)太陽輻射較低時(shí)釋放儲(chǔ)存的熱量，從而提高能量的利用率。

2、近年，依靠光熱材料的被動(dòng)防冰/除冰策略受到了廣泛關(guān)注。然而，太陽能的低能量密度和間歇性限制了全天候防冰/除冰技術(shù)的發(fā)展。相變材料（pcms）被認(rèn)為是一種前景廣闊的解決方案。但傳統(tǒng)有機(jī)pcm具有熱導(dǎo)率低以及其他方面的限制。例如，專利文獻(xiàn)cn108795050a公開了一種延緩絕緣子硅橡膠覆冰的復(fù)合材料制備方法，包括以下步驟：選取相變材料作為基材，利用相變材料在相變過程中釋放的潛熱，使得硅橡膠表面的溫度維持在0℃以上，以達(dá)到延緩結(jié)冰的目的；將相變材料做成微米級(jí)微膠囊，并制作成相變微膠囊粉末；相變微膠囊粉末與rtv按比例混合、自然干燥即得。再如，專利文獻(xiàn)cn115181548a公開了一種光熱相變復(fù)合材料及其制備方法和在防冰除冰中的應(yīng)用，所述復(fù)合材料包括光熱吸收轉(zhuǎn)化載體和負(fù)載在其上的相變儲(chǔ)能填充劑。上述相變儲(chǔ)能材料的導(dǎo)熱性能以及光熱轉(zhuǎn)換效率還有待提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料，以提高導(dǎo)熱性能以及光熱轉(zhuǎn)換性能。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料，由相變材料、骨架材料和添加劑制成，所述相變材料、骨架材料和添加劑的重量份數(shù)依次為60~80份、10~30份、5~10份，所述相變材料為石蠟和低共融物的混合物，所述骨架材料為多孔陶瓷材料，所述添加劑為聚多巴胺。

4、本發(fā)明將骨架材料與相變材料復(fù)合，制備了光熱相變儲(chǔ)能材料，實(shí)現(xiàn)了在有光照時(shí)骨架材料吸收太陽能進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換，無光照時(shí)相變材料發(fā)生相變轉(zhuǎn)換進(jìn)行放熱維持材料溫度恒定，避免材料表面溫度隨著環(huán)境溫度降低而持續(xù)降低，實(shí)現(xiàn)全時(shí)段能量轉(zhuǎn)，提升光熱材料的使用效率，有望用于防冰或除冰。

5、可選的，所述多孔陶瓷材料為鐵尾礦多孔陶瓷或粉煤灰基多孔陶瓷，所述多孔陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)≥0.50w/（m·k)。

6、本發(fā)明優(yōu)選鐵尾礦多孔陶瓷或粉煤灰基多孔陶瓷，不僅這兩種材料導(dǎo)熱性能好，具有高氣孔率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及適宜的機(jī)械強(qiáng)度，而且有助于推動(dòng)固廢的資源化利用。

7、可選的，所述低共融物為lino3、nano3與kno3以質(zhì)量比30：18：52混合的共融混合物。

8、可選的，所述相變材料為石蠟和低共融物的質(zhì)量比為1：（0.7~1.2）。

9、本發(fā)明優(yōu)選lino3、nano3與kno3的低共融物與石蠟配合使用，在熔融狀態(tài)下，二者相容性良好，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性均比較好。

10、本發(fā)明將石蠟與低共熔物以特定比例混合，以改變相變材料的特性，使在其相變溫度范圍內(nèi)更好地吸收和儲(chǔ)存熱量，并在需要時(shí)釋放這些熱量，使其滿足防冰或除冰的要求。同時(shí)，為了避免相變材料在非熔融狀態(tài)下發(fā)生明顯相分離而影響儲(chǔ)能效果，本發(fā)明選擇聚多巴胺作為添加劑，并優(yōu)化制備工藝，從而增強(qiáng)相變材料與骨架材料之間的復(fù)合效果。

11、本發(fā)明還提供一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，包括以下步驟：

12、s1：提供相變材料，將所述相變材料進(jìn)行加熱熔化，并保溫，得熔化物；

13、s2：提供添加劑，將所述添加劑制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~15%的水溶液，得添加劑溶液；

14、s3：提供多孔陶瓷材料，將所述多孔陶瓷材料投入添加劑溶液中攪拌，超聲處理，得多孔陶瓷材料與添加劑的混合物；

15、s4：將所述多孔陶瓷材料與添加劑的混合物加熱除去水分，緊接著將所述熔化物與所述多孔陶瓷材料與添加劑的混合物進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬?，用真空泵抽空處理，之后冷卻，得復(fù)合儲(chǔ)能材料。

16、可選的，所述加熱熔化的溫度為125~130℃。

17、可選的，所述超聲處理的功率為32~35w，時(shí)間為25~30min。

18、可選的，所述用真空泵抽空處理的真空度為10-2~10-3pa，保持1.5~2h。

19、可選的，所述冷卻是在真空條件下進(jìn)行自然冷卻或強(qiáng)制冷卻。其中，強(qiáng)制冷卻可以采用水冷循環(huán)降溫。

20、可選的，所述一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，還包括：對(duì)所述多孔陶瓷材料進(jìn)行預(yù)處理，將所述多孔陶瓷材料放入真空干燥箱中，在75~80℃下真空干燥處理10~12h，將干燥完成后的多孔陶瓷材料在1100~1200℃下熱處理2~5min，自然冷卻至室溫，即得。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

22、本發(fā)明將骨架材料與相變材料復(fù)合，制備了光熱相變儲(chǔ)能材料，實(shí)現(xiàn)了在有光照時(shí)骨架材料吸收太陽能進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換，無光照時(shí)相變材料發(fā)生相變轉(zhuǎn)換進(jìn)行放熱維持材料溫度恒定，避免材料表面溫度隨著環(huán)境溫度降低而持續(xù)降低，實(shí)現(xiàn)全時(shí)段能量轉(zhuǎn)，提升光熱材料的使用效率，提高其應(yīng)用于防冰/除冰領(lǐng)域的潛能。

23、本發(fā)明優(yōu)選鐵尾礦多孔陶瓷或粉煤灰基多孔陶瓷，不僅這兩種材料導(dǎo)熱性能好，具有高氣孔率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及適宜的機(jī)械強(qiáng)度，而且有助于推動(dòng)固廢的資源化利用。

24、本發(fā)明將石蠟與低共熔物以特定比例混合，以改變相變材料的特性，使在其相變溫度范圍內(nèi)更好地吸收和儲(chǔ)存熱量，并在需要時(shí)釋放這些熱量，使其滿足防冰或除冰的要求。同時(shí)，為了避免相變材料在低于熔融溫度的情況下發(fā)生明顯相分離而影響儲(chǔ)能效果，本發(fā)明優(yōu)選化學(xué)性能穩(wěn)定且具有強(qiáng)粘附性的聚多巴胺作為添加劑，從而增強(qiáng)相變材料與骨架材料的復(fù)合效果。

25、本發(fā)明在進(jìn)行產(chǎn)品制備時(shí)，首先將多孔陶瓷材料與添加劑的水溶液在超聲環(huán)境中進(jìn)行均勻混合，促使添加劑粘附多孔陶瓷材料的表面；然后將多孔陶瓷材料與添加劑的混合物中的水分加熱除去，將處于熔融狀態(tài)的相變材料與之混合，再抽真空，除去空氣和可能附著在多孔陶瓷材料內(nèi)表面的水蒸氣，促進(jìn)相變材料與多孔陶瓷材料的融合，隨后自然冷卻，即得產(chǎn)品。本發(fā)明基于材料特性，通過特定的工序及條件，改進(jìn)并優(yōu)化真空浸漬的工藝及其參數(shù)，制得產(chǎn)品，整體方法易于操控，便于實(shí)施。

技術(shù)特征：

1.一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料，其特征在于：由相變材料、骨架材料和添加劑制成，所述相變材料、骨架材料和添加劑的重量份數(shù)依次為60~80份、10~30份、5~10份，所述相變材料為石蠟和低共融物的混合物，所述骨架材料為多孔陶瓷材料，所述添加劑為聚多巴胺。

2.如權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料，其特征在于：所述多孔陶瓷材料為鐵尾礦多孔陶瓷或粉煤灰基多孔陶瓷，所述多孔陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)≥0.50w/（m·k)。

3.如權(quán)利要求2所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料，其特征在于：所述低共融物為lino3、nano3與kno3以質(zhì)量比30：18：52混合的共融混合物。

4.如權(quán)利要求3所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料，其特征在于：所述相變材料為石蠟和低共融物的質(zhì)量比為1：（0.7~1.2）。

5.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

6.如權(quán)利要求5所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：所述加熱熔化的溫度為125~130℃。

7.如權(quán)利要求6所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：所述超聲處理的功率為32~35w，時(shí)間為25~30min。

8.如權(quán)利要求7所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：所述用真空泵抽空處理的真空度為10-2~10-3pa，保持1.5~2h。

9.如權(quán)利要求8所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：所述冷卻是在真空條件下進(jìn)行自然冷卻或強(qiáng)制冷卻。

10.如權(quán)利要求9所述的一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：還包括：對(duì)所述多孔陶瓷材料進(jìn)行預(yù)處理，將所述多孔陶瓷材料放入真空干燥箱中，在75~80℃下真空干燥處理10~12h，將干燥完成后的多孔陶瓷材料在1100~1200℃下熱處理2~5min，自然冷卻至室溫，即得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料及其制備方法，屬于儲(chǔ)能材料技術(shù)領(lǐng)域。一種電力系統(tǒng)用復(fù)合儲(chǔ)能材料，由相變材料、骨架材料和添加劑制成，所述相變材料、骨架材料和添加劑的重量份數(shù)依次為60~80份、10~30份、5~10份，所述相變材料為石蠟和低共融物的混合物，所述骨架材料為多孔陶瓷材料，所述添加劑為聚多巴胺。本發(fā)明用于提高儲(chǔ)能材料的導(dǎo)熱性能以及光熱轉(zhuǎn)換性能。

技術(shù)研發(fā)人員：閆好霖,楊益,萬迪明,王煒煒,王婷婷,張萌炎,邵麗,劉沛然,王經(jīng)緯,陶忠正
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24