储能材料的制备方法

储能材料的制备方法陈超[储能材料]引言•系统中存在着供能和耗能之间的不协调性，造成了能量利用的不合理性和大量浪费。•热能储存技术：利用物理热的形式将暂时不用的余热或低品位热量储存于适当的介质中,在需要使用时再通过一定的方法将其释放出来,从而解决了由于时间、空间或强度上热能供给和需求间不匹配性所导致的能源利用率低的问题，最大限度地利用加热过程中的热能或余热,提高整个加热系统的热效率。正文•储能材料利用物质发生物理或化学变化来储存能量的功能性材料,它所储存的能量可以是电能、机械能、化学能或热能,也可以是其它形式的能量。•储能材料的分类1.显热式2.相变式3.化学反应式4.复合式通过加热介质，使其温度升高而储存能量，又“热容式储能”利用储热介质被加热到相变温度时吸收大量相变潜热而储存能量，又“潜热储能”利用可逆化学反应，在受冷和受热时可发生两个方向的反应，分别对外吸热或放热，这样可实现能量储存综合显热材料和相变材料优点克服它们缺点的新材料，由相变材料和载体基质组成，在使用过程中同时利用显热和潜热。显热式相变式化学反应式复合式储能材料：陶瓷蜂窝体、硅质、镁质耐火砖、耐火泥等热容较大的物质固一固相变材料固一气相变材料液一气相变材料固一气相变材料：无机盐一纤维织物有机/无机类无机/无机类、无机氢化物等OH2：多元醇、HDPE、层状钙钛矿等：水合盐、无机盐、金属及合金、石蜡等：如干冰：水蒸气：石蜡/纤维织物：硬脂酸/高密度聚乙烯、石蜡/混凝土：无机盐/陶瓷基、水合盐/混凝土相变材料的制备方法1.相变微胶囊法2.溶胶凝胶法3.插层复合法4.毛细吸附法5.纳米微粒改性法无机/无机复合储能材料•水合盐/混凝土•无机盐/陶瓷基制备方法主要有以下2种:①混合烧结法②熔融浸渗法1、显热式储能材料•开发利用最早的储能材料,最初的储能材料就是利用物质的显热来储存太阳能•主要材料陶瓷蜂窝体、蓄热球、硅质、镁质耐火砖、耐火泥等热容较大的物质•优点：使用简单安全，寿命较长，成本很低•缺点：储热密度小，蓄(释)热不能恒温2、相变储能材料•相变材料与显热储能材料相比,它的储能密度至少高出一个数量级,能够通过相变在恒温条件下吸收或释放大量的热能,它也储存显热•由于液一气和固一气相变过程中有大量气体产生，体积变化很大,对容器的要求很高,故在实际中很少应用。固一液和固一固相变材料是目前研究最多、最广,也是最成熟的两大类储能材料。3、化学反应储能材料•目前研究较中的无机水合物、氢氧化物及多孔材料均有一致命缺点,就是反应过程中有气体产生,故对反应器的要求非常苛刻，而且应用时存在的技术复杂，一次性投资大及整体效率不高等缺点，因以上问题,化学储能材料应用领域很狭窄。•目前化学储能广泛应用于化学热泵、化学热管、化学热机和灭火材料等方面4、复合储能材料•目前所说的复合储能材料主要指有相变材料和支撑材料复合而成,且使用过程中形状保持的储能材料,又称定形储能材料。•近几年才发展起来的,它易于加工，成本较低，传热性能好,其相变温度在较大范围内可以选择，而且具有与传统相变材料相当的相变潜热，因而有着很好的应用前景。1.相变微胶囊法•相变微胶囊是由高分子聚合物作为壳材，相变物质作为芯材，通过物理方法、化学方法或者物理化学方法将相变材料包覆、封装在一种微型胶囊内，制成相变固体颗粒。•制造方法物理法（喷雾干燥法、喷雾冷冻法、空气悬浮法等）物理化学法（水相分离法、油相分离法、囊心交换法等）化学法（界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法等）•一般过程：a、内相在介质中的分散b、加入成膜材料（壁材）c、壁材的沉积d、壁膜的固化2.溶胶凝胶法•一般是用有机金属盐类或其他高化学活性组分作为前躯体，使其在醇溶液中发生水解-缩聚反应，逐步形成具有三维网络空间结构的凝胶体系，进行干燥、固化等一系列相应的后处理即可得到多孔结构基体，实现相变材料的定型包覆。•其最基本的反应是：(l)水解反应(2)聚合反应•存在的问题：1、原料价格贵，有些原料健康有害；2、所需时间较长，常需要几天或几周；3、干燥后会收缩。3.插层复合法•插层复合法一般是将层状无机物(一般为层状硅酸盐)作为载体，然后将有机相变材料作为客体插入到载体的层间，从而制得纳米复合相变材料。•过程包括:(1)有机单体插层原位聚合;(2)在溶液中聚合物直接插层复合;(3)聚合物熔融直接插层复合。•插层复合法所用的无机物属于层状或多孔性的。4.毛细吸附法•由于多孔石墨、膨胀石墨以及多孔硅酸盐矿物具有发达的网状孔隙结构，具有高的表面活性、高的比表面积和非极性，内部的孔为纳米级的微孔，且含有亲油基团，这样就对非极性相变材料具有很强的吸附性，因此就可形成由非极性相变材料和多孔石墨、膨胀石墨或硅酸盐矿物组成的复合相变材料。5.纳米微粒改性法•由于纳米微粒的不稳定性,具有很高的表面能,极易团聚成二次粒子。表面改性的目的就是改善纳米粉体表面的可湿润性,增强纳米粉体在介质中的界面相容性,使纳米粒子容易在有机化合物或水介质中分散,提高纳米粉体的应用性能。•改性方法：化学方法、物理方法、超声波分散及高能处理等方法第1种：喷雾干燥工艺，复杂价格较贵，但制备的粉体匀均且流动性好第2种：干磨陶瓷粉工艺，制备的粉体均匀性较好第3种：工艺最简单，价格最便宜，最适合工业化生产混合烧结法三种工艺流程：混合烧结法•优点：工艺简单,无机盐的含量易于掌握,便于工业化生产•缺点：较高的烧结温度易造成无机盐的扩散分解•性能影响因素：原材料的性能、粉体颗粒度和配比、添加剂的选择、成型和烧结制度的选择等熔融浸渗法（熔渗法）•该工艺先按要求制备出有连通网络结构的多孔陶瓷基体，再将无机盐熔化渗入陶瓷基体中,也称二级制造法•工艺过程:备料、多孔陶瓷的制备、熔融无机盐浸渍•优点：能避免熔融无机盐在高温烧结时的流失和蒸发；制品保形性好，尺寸可精控;有较好的综合力学性能•缺点：工艺较复杂，成本高；无机盐含量有限•影响熔渗的因素：虑陶瓷基体和熔体自身的热物性温度与熔渗时间表面活性物质的影响储能材料制备一般都要满足以下几点要求•1、储能密度大；对显热储能材料要求材料的热容大；对潜热储能材料要求相变潜热大；对化学反应储能材料要求反应的热效应大。•2、稳定性好；对单组分材料要求不易挥发和分解；对多组分材料，要求各组分间结合牢固，不能发生离析现象。•3、无毒、无腐蚀、不易燃易爆，且价格低廉。•4、导热系数大，能量可以及时地储存或取出。•5、不同状态间转化时，材料体积变化要小。•6、合适的使用温度。•7、成本低廉，制备方便。本次课题结束，谢谢logo