一种长期储能相变材料及其制备方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411402562.9 | 申请日 | 2024-10-09 |
| 公开(公告)号 | CN119505282A | 公开(公告)日 | 2025-02-25 |
| 申请人 | 中国科学院深圳先进技术研究院; | 申请人类型 | 科研院所 |
| 发明人 | 何睿; 喻学锋; 黄学淋; 赵乐; | 第一发明人 | 何睿 |
| 权利人 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 权利人类型 | 科研院所 |
| 当前权利人 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 当前权利人类型 | 科研院所 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：广东省深圳市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：广东省深圳市南山区深圳大学城学苑大道1068号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：518055 |
| 主IPC国际分类 | C08J3/075 | 所有IPC国际分类 | C08J3/075 ; C09K5/06 ; C08L33/02 ; C08K3/26 ; C08K5/053 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 9 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京市诚辉律师事务所 | 专利代理人 | 范盈; 金银实; |
| 摘要 | 本 申请 涉及 相变 储能材料技术领域，特别涉及一种长期储能 相变材料 及其制备方法。本申请提供的长期储能相变材料的制备方法，包括以下步骤：将多元醇加入 碳 酸钠溶液中，搅拌溶解，得到第一混合溶液；将氯化 钙 和聚 丙烯酸 加 水 混合，得到第二混合溶液；将第二混合溶液缓慢加入到第一混合溶液中，剧烈搅拌，清洗，得到多元醇水凝胶复合相变材料。利用本申请的方法制备了可长期保存、具有良好形状 稳定性 合储热性能多元醇水凝胶复合相变材料的。 | ||
| 权利要求 | 1.一种长期储能相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种长期储能相变材料及其制备方法技术领域背景技术[0002] 相变材料(PCM)作为一种先进的热能储存和管理材料，具有较高的热能储存密度和相对恒定的相变温度范围。近年来基于PCM的潜热存储被认为是一种非常有吸引力的热能存储(TES)技术。广泛应用于太阳能热利用系统、可穿戴设备、节能建筑等热管理领域。但是PCM通常在冷却过程中会自发结晶从而释放潜热，这种特点很难实现热能的长期储存和按需及时释放。 [0003] 长期TES一般基于过冷PCM，过冷PCM在熔化时吸收热量，冷却时，液态PCM经历稳定的过冷过程，最终玻璃化为动力学稳定的玻璃态。在低于熔化温度的情况下重新加热时，良好的玻璃态通常会首先从玻璃态转变为过冷液体，然后在释放储存的热量时转变为晶体态。这种在加热过程中低于材料熔化温度时发生的结晶的现象成为冷结晶现象。使用过冷PCM可以在过冷状态下避免结晶，并根据需要将熔化潜热长期储存，通过重加热或加入晶种等方法释放所储存的热量从而实现热能的长期储存和按需释放。多元醇PCM都具有较大过冷度且熔化温度主要在90℃至200℃之间，并且具有较高的体积能量密度、来源广泛和无毒无害等优点。 [0004] 现今许多研究通过将多元醇与聚合物复合来提高材料的长期储存性能。专利CN110114436A公开了一种冷结晶材料和在热量储存中利用冷结晶的方法，该方法将聚丙烯酸钠与赤藓糖醇复合制备冷结晶材料，通过聚合物与PCM的极性基团的离子‑偶极相互作用，干扰PCM分子彼此的相互作用和提高材料的粘度而延长材料的储存时间。但是该方法制备条件复杂。发明内容 [0005] 本申请实施例提供了一种长期储能相变材料及其制备方法，以解决相关技术中制备条件复杂的问题。 [0006] 第一方面，本申请提供了一种长期储能相变材料及其制备方法，包括以下步骤： [0009] 步骤S103，将第二混合溶液缓慢加入到第一混合溶液中，剧烈搅拌，清洗、干燥，得到多元醇水凝胶复合PCM； [0010] 步骤S104，将得到的多元醇水凝胶复合PCM装入密封试剂瓶中观察结晶情况。 [0011] 一些实施例中，所述多元醇为赤藓糖醇或赤藓糖醇与甘露醇、甜醇、山梨醇的混合。 [0012] 一些实施例中，碳酸钠溶液中碳酸钠的浓度为0.1～0.12mol/L。 [0013] 一些实施例中，氯化钙溶液中氯化钙的浓度为0.1～0.12mol/L。 [0014] 一些实施例中，所述聚丙烯酸的分子量为100000～450000g/mol。 [0015] 一些实施例中，所述聚丙烯酸溶液中聚丙烯酸的浓度为0.1～0.12mol/L。 [0016] 一些实施例中，多元醇占原料总质量的5～17％。 [0017] 一些实施例中，步骤S101中，搅拌的速度为600～800r/min。 [0018] 第二方面，本申请还提供了一种利用上述制备方法制得的形状稳定复合PCM。 [0019] 第三方面，本申请还提供了利用上述制备方法制得的形状稳定复合PCM的应用，可以应用于本质柔性相变薄膜、可穿戴热管理相变非织造物、同步视觉/红外隐身自修复相变薄膜等方面。 [0020] 本申请利用聚丙烯酸和碳酸钙水凝胶与多元醇制备复合PCM时： [0021] 将聚丙烯酸与氯化钙的混合溶液加入到多元醇与碳酸钠溶液中，碳酸钠与氯化钙反应生成碳酸钙，聚丙烯酸分子链与碳酸钙交联形成网络结构，多元醇分子则游离于网络结构中，聚丙烯酸‑碳酸钙水凝胶与多元醇之间形成的氢键可以提高结晶能垒，稳定多元醇的过冷状态，这是由于以赤藓糖醇为例的多元醇具有较大过冷度，氢键数量的增多进一步增大了多元醇的过冷度，从而实现了降温过程不结晶，重新加热过程中结晶的冷结晶现象。此外，水凝胶结构中的水分也有利于PCM稳定过冷状态。即使冷却至0℃也不会结晶，热量可以一直保存在多元醇中，在有热量需求时通过重新加热等形式释放热量，从而使多元醇水凝胶复合PCM实现长期储能特性和热量的可控释放。 [0022] 本申请提供的技术方案带来的有益效果包括： [0023] 1、本申请提供的复合PCM可室温保持2个月不发生结晶，具有长期储能特性； [0024] 2、本申请制备的复合PCM可根据需求释放热量，实现热量的可控释放； [0026] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0027] 图1为实施例5制得的长期储能相变材料的储热和放热性能图。 具体实施方式[0028] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0029] 本申请实施例提供了一种长期储能相变材料及其制备方法，其能解决现有技术中PCM制备条件复杂的问题。 [0030] 实施例1: [0031] 实施例1提供了一种复合PCM的制备方法，包括以下步骤： [0032] (1)称取60g赤藓糖醇，加入100mL 0.1M碳酸钠溶液中以转速600r/min充分搅拌，使赤藓糖醇充分溶解，得到第一混合溶液； [0033] (2)配制100mL 0.1M氯化钙与0.1M聚丙烯酸(分子量为100000)混合，得到第二混合溶液； [0034] (3)将第二混合溶液以4mL/min的速率缓慢注入第一混合溶液中并以转速800r/min剧烈搅拌，得到白色的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM，利用清水多次冲洗得到的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM； [0035] (4)取出20～50g实施例1制得的长期储能相变材料放置于密封试剂瓶中观察其结晶情况。 [0036] 实施例1制得的长期储能相变材料在室温下可保存2个月不结晶。 [0037] 对比例1： [0038] (1)称取60g赤藓糖醇，加入100mL 0.1M碳酸钠溶液中以转速600r/min充分搅拌，使赤藓糖醇充分溶解，得到第一混合溶液； [0039] (2)配制100mL 0.1M氯化钙与0.1M聚丙烯酸(分子量为2000)混合，得到第二混合溶液； [0040] (3)将第二混合溶液以4mL/min的速率缓慢注入第一混合溶液中并以转速800r/min剧烈搅拌，水凝胶为絮状结构未形成完整结构。 [0041] 实施例2： [0042] (1)称取48g赤藓糖醇与12g甘露醇混合，因为赤藓糖醇与甘露醇的共晶点的质量比是4：1；加入100mL 0.1M碳酸钠溶液中以转速600r/min充分搅拌，使赤藓糖醇充分溶解，得到第一混合溶液； [0043] (2)配制100mL 0.1M氯化钙与0.1M聚丙烯酸(分子量为100000)混合，得到第二混合溶液； [0044] (3)将第二混合溶液以4mL/min的速率缓慢注入第一混合溶液中并以转速800r/min剧烈搅拌，得到白色的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM，利用清水多次冲洗得到的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM； [0045] (4)取出20～50g实施例2制得的长期储能相变材料放置于密封试剂瓶中观察其结晶情况。 [0046] 实施例2制得的长期储能相变材料在室温下可保存2个月不结晶。 [0047] 实施例3： [0048] 实施例3提供了一种复合PCM的制备方法，包括以下步骤： [0049] (1)称取70g赤藓糖醇，加入100mL 0.1M碳酸钠溶液中以转速600r/min充分搅拌，使赤藓糖醇充分溶解，得到第一混合溶液； [0050] (2)配制100mL 0.1M氯化钙与0.1M聚丙烯酸(分子量为100000)混合，得到第二混合溶液； [0051] (3)将第二混合溶液以4mL/min的速率缓慢注入第一混合溶液中并以转速800r/min剧烈搅拌，得到白色的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM，利用清水多次冲洗得到的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM； [0052] (4)取出20～50g实施例3制得的长期储能相变材料放置于密封试剂瓶中观察其结晶情况。 [0053] 实施例3制得的长期储能相变材料在室温下可保存2个月不结晶。 [0054] 实施例4： [0055] 实施例4提供了一种复合PCM的制备方法，包括以下步骤： [0056] (1)称取80g赤藓糖醇，加入100mL 0.1M碳酸钠溶液中以转速600r/min充分搅拌，使赤藓糖醇充分溶解，得到第一混合溶液； [0057] (2)配制100mL 0.1M氯化钙与0.1M聚丙烯酸(分子量为100000)混合，得到第二混合溶液； [0058] (3)将第二混合溶液以4mL/min的速率缓慢注入第一混合溶液中并以转速800r/min剧烈搅拌，得到白色的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM，利用清水多次冲洗得到的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM； [0059] (4)取出20～50g实施例4制得的长期储能相变材料放置于密封试剂瓶中观察其结晶情况。 [0060] 实施例4制得的长期储能相变材料在室温下可保存2个月不结晶。 [0061] 实施例5： [0062] 实施例5提供了一种复合PCM的制备方法，包括以下步骤： [0063] (1)称取90g赤藓糖醇，加入100mL 0.1M碳酸钠溶液中以转速600r/min充分搅拌，使赤藓糖醇充分溶解，得到第一混合溶液； [0064] (2)配制100mL 0.1M氯化钙与0.1M聚丙烯酸(分子量为100000)混合，得到第二混合溶液； [0065] (3)将第二混合溶液以4mL/min的速率缓慢注入第一混合溶液中并以转速800r/min剧烈搅拌，得到白色的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM，利用清水多次冲洗得到的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM； [0066] (4)取出20～50g实施例5制得的长期储能相变材料放置于密封试剂瓶中观察其结晶情况。 [0067] 实施例5制得的长期储能相变材料在室温下可保存2个月不结晶。 [0068] 实施例6： [0069] 实施例6提供了一种复合PCM的制备方法，包括以下步骤： [0070] (1)称取100g赤藓糖醇，加入100mL 0.1M碳酸钠溶液中以转速600r/min充分搅拌，使赤藓糖醇充分溶解，得到第一混合溶液； [0071] (2)配制100mL 0.1M氯化钙与0.1M聚丙烯酸(分子量为100000)混合，得到第二混合溶液； [0072] (3)将第二混合溶液以4mL/min的速率缓慢注入第一混合溶液中并以转速800r/min剧烈搅拌，得到白色的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM，利用清水多次冲洗得到的赤藓糖醇矿物水凝胶复合PCM； [0073] (4)取出20～50g实施例5制得的长期储能相变材料放置于密封试剂瓶中观察其结晶情况。 [0074] 实施例6制得的长期储能相变材料在室温下可保存2个月不结晶。 [0075] 性能测试：对实施例1‑实施例6的复合PCM进行储热和放热性能测试，结果见表1，采用差示扫描量热仪进行储热和放热性能测试。 [0076] 表1：实施例1‑实施例6的相变材料的储热和放热性能测试结果 [0077] [0078] 从表1可以看出，实施例6得到的复合PCM储热和放热性能最好，证明采用的聚丙烯酸和碳酸钙水凝胶复合多元醇这种方法可以有效保证材料的长期储能特性。 [0079] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。 [0080] 需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本申请中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的规定。 [0081] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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