儲能材料的制備方法

1、儲能材料的制備方法陳超儲能材料引言 系統(tǒng)中存在著供能和耗能之間的不協(xié)調(diào)性，造成了能量利用的不合理性和大量浪費(fèi)。 熱能儲存技術(shù)：利用物理熱的形式將暫時(shí)不用的余熱或低品位熱量儲存于適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中,在需要使用時(shí)再通過一定的方法將其釋放出來,從而解決了由于時(shí)間、空間或強(qiáng)度上熱能供給和需求間不匹配性所導(dǎo)致的能源利用率低的問題，最大限度地利用加熱過程中的熱能或余熱,提高整個(gè)加熱系統(tǒng)的熱效率。正文 儲能材料儲能材料 利用物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)變化來儲存能量的功能性材料,它所儲存的能量可以是電能、機(jī)械能、化學(xué)能或熱能,也可以是其它形式的能量。 儲能材料的分類儲能材料的分類1.顯熱式2.相變式3.化學(xué)反應(yīng)式4.復(fù)合式

2、通過加熱介質(zhì)，使其溫度升高而儲存能量，又“熱容式儲能”利用儲熱介質(zhì)被加熱到相變溫度時(shí)吸收大量相變潛熱而儲存能量，又“潛熱儲能”利用可逆化學(xué)反應(yīng)，在受冷和受熱時(shí)可發(fā)生兩個(gè)方向的反應(yīng)，分別對外吸熱或放熱，這樣可實(shí)現(xiàn)能量儲存綜合顯熱材料和相變材料優(yōu)點(diǎn)克服它們?nèi)秉c(diǎn)的新材料，由相變材料和載體基質(zhì)組成，在使用過程中同時(shí)利用顯熱和潛熱。顯熱式相變式化學(xué)反應(yīng)式復(fù)合式儲能材料：陶瓷蜂窩體、硅質(zhì)、鎂質(zhì)耐火磚、耐火泥等熱容較大的物質(zhì)固一固固一固相變材料固一氣固一氣相變材料液一氣液一氣相變材料固一氣固一氣相變材料：無機(jī)鹽一纖維織物纖維織物有機(jī)有機(jī)/無機(jī)類無機(jī)類無機(jī)無機(jī)/無機(jī)類無機(jī)類、無機(jī)氫化物等OH2：多元醇、HDP

3、E、層狀鈣鈦礦等：水合鹽、無機(jī)鹽、金屬及合金、石蠟等：如干冰：水蒸氣：石蠟/纖維織物：硬脂酸/高密度聚乙烯、石蠟/混凝土：無機(jī)鹽/陶瓷基、水合鹽/混凝土相變材料的制備方法1.相變微膠囊法2.溶膠凝膠法3.插層復(fù)合法4.毛細(xì)吸附法5.納米微粒改性法無機(jī)/無機(jī)復(fù)合儲能材料 水合鹽/混凝土 無機(jī)鹽/陶瓷基制備方法主要有以下2種:混合燒結(jié)法熔融浸滲法1、顯熱式儲能材料 開發(fā)利用最早的儲能材料,最初的儲能材料就是利用物質(zhì)的顯熱來儲存太陽能 主要材料 陶瓷蜂窩體、蓄熱球、硅質(zhì)、鎂質(zhì)耐火磚、耐火泥等熱容較大的物質(zhì) 優(yōu)點(diǎn)：使用簡單安全，壽命較長，成本很低 缺點(diǎn)：儲熱密度小，蓄(釋)熱不能恒溫2、相變儲能材料

4、相變材料與顯熱儲能材料相比,它的儲能密度至少高出一個(gè)數(shù)量級,能夠通過相變在恒溫條件下吸收或釋放大量的熱能,它也儲存顯熱 由于液一氣和固一氣相變過程中有大量氣體產(chǎn)生，體積變化很大,對容器的要求很高,故在實(shí)際中很少應(yīng)用。固一液和固一固相變材料是目前研究最多、最廣,也是最成熟的兩大類儲能材料。3、化學(xué)反應(yīng)儲能材料 目前研究較中的無機(jī)水合物、氫氧化物及多孔材料均有一致命缺點(diǎn),就是反應(yīng)過程中有氣體產(chǎn)生,故對反應(yīng)器的要求非?？量蹋覒?yīng)用時(shí)存在的技術(shù)復(fù)雜，一次性投資大及整體效率不高等缺點(diǎn)，因以上問題,化學(xué)儲能材料應(yīng)用領(lǐng)域很狹窄。 目前化學(xué)儲能廣泛應(yīng)用于化學(xué)熱泵、化學(xué)熱管、化學(xué)熱機(jī)和滅火材料等方面4、復(fù)合儲

5、能材料 目前所說的復(fù)合儲能材料主要指有相變材料和支撐材料復(fù)合而成,且使用過程中形狀保持的儲能材料,又稱定形儲能材料。 近幾年才發(fā)展起來的,它易于加工，成本較低，傳熱性能好,其相變溫度在較大范圍內(nèi)可以選擇，而且具有與傳統(tǒng)相變材料相當(dāng)?shù)南嘧儩摕?，因而有著很好的?yīng)用前景。1.相變微膠囊法 相變微膠囊是由高分子聚合物作為殼材，相變物質(zhì)作為芯材，通過物理方法、化學(xué)方法或者物理化學(xué)方法將相變材料包覆、封裝在一種微型膠囊內(nèi)，制成相變固體顆粒。 制造方法 物理法（噴霧干燥法、噴霧冷凍法、空氣懸浮法等） 物理化學(xué)法（水相分離法、油相分離法、囊心交換法等） 化學(xué)法（界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法等） 一般過程

6、： a、內(nèi)相在介質(zhì)中的分散 b、加入成膜材料（壁材） c、壁材的沉積 d、壁膜的固化2.溶膠凝膠法一般是用有機(jī)金屬鹽類或其他高化學(xué)活性組分作為前軀體，使其在醇溶液中發(fā)生水解-縮聚反應(yīng)，逐步形成具有三維網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)的凝膠體系，進(jìn)行干燥、固化等一系列相應(yīng)的后處理即可得到多孔結(jié)構(gòu)基體，實(shí)現(xiàn)相變材料的定型包覆。其最基本的反應(yīng)是： (l) 水解反應(yīng) (2) 聚合反應(yīng)存在的問題： 1、原料價(jià)格貴，有些原料健康有害； 2、所需時(shí)間較長，常需要幾天或幾周； 3、干燥后會收縮。3.插層復(fù)合法 插層復(fù)合法一般是將層狀無機(jī)物( 一般為層狀硅酸鹽) 作為載體，然后將有機(jī)相變材料作為客體插入到載體的層間，從而制得納米復(fù)

7、合相變材料。 過程包括: ( 1) 有機(jī)單體插層原位聚合; ( 2) 在溶液中聚合物直接插層復(fù)合; ( 3) 聚合物熔融直接插層復(fù)合。 插層復(fù)合法所用的無機(jī)物屬于層狀或多孔性的。4.毛細(xì)吸附法 由于多孔石墨、膨脹石墨以及多孔硅酸鹽礦物具有發(fā)達(dá)的網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，具有高的表面活性、高的比表面積和非極性，內(nèi)部的孔為納米級的微孔，且含有親油基團(tuán)，這樣就對非極性相變材料具有很強(qiáng)的吸附性，因此就可形成由非極性相變材料和多孔石墨、膨脹石墨或硅酸鹽礦物組成的復(fù)合相變材料。5.納米微粒改性法 由于納米微粒的不穩(wěn)定性,具有很高的表面能,極易團(tuán)聚成二次粒子。表面改性的目的就是改善納米粉體表面的可濕潤性,增強(qiáng)納米粉體在

8、介質(zhì)中的界面相容性,使納米粒子容易在有機(jī)化合物或水介質(zhì)中分散,提高納米粉體的應(yīng)用性能。 改性方法： 化學(xué)方法、物理方法、超聲波分散及高能處理等方法第第1種種：噴霧干燥工藝， 復(fù)雜價(jià)格較貴，但制備的粉體勻均且流動 性好第第2種種：干磨陶瓷粉工藝，制備的粉體均勻性較好第第3種種：工藝最簡單，價(jià)格最便宜，最適合工業(yè)化生產(chǎn)混合燒結(jié)法三種工藝流程：混合燒結(jié)法 優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單,無機(jī)鹽的含量易于掌握,便于工業(yè)化生產(chǎn) 缺點(diǎn)：較高的燒結(jié)溫度易造成無機(jī)鹽的擴(kuò)散分解 性能影響因素：原材料的性能、粉體顆粒度和配比、添加劑的選擇、成型和燒結(jié)制度的選擇等熔融浸滲法（熔滲法） 該工藝先按要求制備出有連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷基體，再將無機(jī)鹽熔化滲入陶瓷基體中, 也稱二級制造法 工藝過程工藝過程: 備料、多孔陶瓷的制備、熔融無機(jī)鹽浸漬 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能避免熔融無機(jī)鹽在高溫?zé)Y(jié)時(shí)的流失和蒸發(fā)； 制品保形性好，尺寸可精控; 有較好的綜合力學(xué)性能 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：工藝較復(fù)雜，成本高；無機(jī)鹽含量有限 影響熔滲的因素影響熔滲的因素：慮陶瓷基體和熔體自身的熱物性溫度與熔滲時(shí)間表面活性物質(zhì)的影響儲能材料制備一般都要滿足以下幾點(diǎn)要求 1、儲能密度大；對顯熱儲能材料要求材料的熱容大；對潛熱儲能材料要求相變潛熱大；對化學(xué)反應(yīng)儲能材料要求反應(yīng)的熱效應(yīng)大。 2、穩(wěn)定性好；對單組分材