本發(fā)明涉及復(fù)合相變材料，具體為一種膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、能源是經(jīng)濟與社會發(fā)展的戰(zhàn)略要素，而儲冷技術(shù)是能源發(fā)展中較為重要的一項，受到越來越多的政策支持與研究者關(guān)注。儲冷技術(shù)是一種能夠長時間儲存溫度特定的環(huán)境的技術(shù)，常用于保持冷藏食品和藥品在運輸或儲存中的低溫環(huán)境。儲冷技術(shù)基于物理學(xué)原理，通過冷卻或冷凍液體或固體，儲存在密封容器中，在需要時釋放冷量，使運輸或儲存的商品保持原有的低溫狀態(tài)。具體來說，它是以水、冰或共晶鹽為介質(zhì)，利用夜間電網(wǎng)谷段電力（低電價時）制冷，將獲取的低溫水或冰進行存儲蓄冷，在用電高峰時段（高電價時）使用儲存的低溫水或冰來作為冷源。在儲冷技術(shù)中，相變儲冷技術(shù)因其儲能密度高，裝置簡單，成本低廉，體積小而成為研究的重點，其在冷鏈運輸、建筑降溫、冰箱節(jié)能、空調(diào)調(diào)溫等領(lǐng)域都有著比較廣闊的發(fā)展前景。

2、相變儲冷技術(shù)基于物質(zhì)的相變原理，即物質(zhì)在固態(tài)和液態(tài)之間轉(zhuǎn)換時會吸收或釋放大量的熱量，這種相變過程中的潛熱變化被用來儲存和釋放冷量，相變材料（pcm，phasechange?material）是相變儲冷技術(shù)的核心，它在特定的溫度下發(fā)生相變，從而吸收或釋放冷量。其中，水合鹽相變儲冷材料是利用無機水合鹽在特定溫度范圍內(nèi)發(fā)生相變的特性來儲存和釋放熱量或冷量，即當(dāng)環(huán)境溫度降低時，水合鹽吸收冷量并發(fā)生相變，將冷能儲存起來；當(dāng)需要釋放冷量時，水合鹽則發(fā)生逆相變并釋放冷量；水合鹽相變儲冷材料因其相變潛熱高，相變時體積變化小，成本低廉等優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于工業(yè)余熱回收、食品保鮮、空調(diào)儲冷、建筑降溫及冷鏈運輸?shù)阮I(lǐng)域。但水合鹽相變儲能材料在相變過程中易出現(xiàn)過冷度大的問題，且在多次相變循環(huán)后，水合鹽相變儲能材料可能會出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，而使水合鹽相變儲能材料的應(yīng)用受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的水合鹽相變儲冷材料過冷度大、穩(wěn)定性差的問題，本發(fā)明提供一種膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料、制備方法及應(yīng)用。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料，至少包括水合鹽晶體混合物、相變溫度調(diào)節(jié)劑、過冷抑制劑、相分離抑制劑及膨脹石墨；

4、所述水合鹽晶體混合物包括若干種水合鹽晶體，所述水合鹽晶體間的晶胞結(jié)構(gòu)參數(shù)相差15%以內(nèi)；

5、以質(zhì)量百分比記，所述水合鹽晶體混合物與相變溫度調(diào)節(jié)劑混合后，所述相變溫度調(diào)節(jié)劑的占比為10%～25%；所述水合鹽晶體混合物與相變溫度調(diào)節(jié)劑及過冷抑制劑混合后，所述過冷抑制劑的占比為1%～4%；所述水合鹽晶體混合物與相變溫度調(diào)節(jié)劑、過冷抑制劑及相分離抑制劑混合后，所述相分離抑制劑的占比為1%～4%；所述水合鹽晶體混合物與相變溫度調(diào)節(jié)劑、過冷抑制劑、相分離抑制劑及膨脹石墨混合后，所述膨脹石墨的占比為3%～9%。

6、可選地，所述水合鹽晶體混合物包括十二水磷酸氫二鈉和十水硫酸鈉。

7、可選地，按質(zhì)量百分比計，所述水合鹽晶體混合物中，十二水磷酸氫二鈉的占比為55%～65%，十水硫酸鈉的35%～45%。

8、可選地，所述相變溫度調(diào)節(jié)劑為氯化銨。

9、可選地，所述過冷抑制劑為硼砂。

10、可選地，所述相分離抑制劑為羧甲基纖維素鈉。

11、如上述的膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料的制備方法，包括：

12、將水合鹽晶體混合物，熔融為熔融態(tài)混合物a；

13、將熔融態(tài)混合物a與相變溫度調(diào)節(jié)劑混合，熔融為熔融態(tài)混合物b；

14、將熔融態(tài)混合物b與過冷抑制劑混合，熔融為熔融態(tài)混合物c；

15、將熔融態(tài)混合物c與相分離抑制劑混合，熔融為熔融態(tài)混合物d；

16、將熔融態(tài)混合物d與膨脹石墨混合均勻，得到膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料。

17、可選地，所述熔融為熔融態(tài)混合物a、熔融為熔融態(tài)混合物b、熔融為熔融態(tài)混合物c和熔融為熔融態(tài)混合物d的熔融溫度均為50℃～70℃。

18、一種利用上述方法制備的膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料，所述膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料的相變溫度為2℃～10℃。

19、如上述的膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料在儲冷技術(shù)中的應(yīng)用。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

21、本發(fā)明一種膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料，至少包括水合鹽晶體混合物、相變溫度調(diào)節(jié)劑、過冷抑制劑、相分離抑制劑及膨脹石墨；所述水合鹽晶體混合物包括若干種水合鹽晶體，所述水合鹽晶體間的晶胞結(jié)構(gòu)參數(shù)相差15%以內(nèi)；其中，所述水合鹽晶體混合物作為儲冷功能體，能夠在相變的過程中吸收大量熱能，通過選擇晶胞結(jié)構(gòu)參數(shù)相差15%以內(nèi)的若干種水合鹽晶體進行混合能夠有效促進成核降低過冷，從而促進儲冷性能，提高水合鹽相變儲冷材料的相變潛熱，調(diào)節(jié)相變溫度；通過調(diào)整相變溫度調(diào)節(jié)劑的種類和用量，可以精確控制復(fù)合相變儲冷材料的相變溫度，以滿足不同應(yīng)用場景的需求；過冷抑制劑協(xié)同水合鹽晶體混合物，能夠有效促進水合鹽晶體混合物相變過程的順利結(jié)晶，進一步降低過冷度，提高儲冷性能；相分離抑制劑能夠有效抑制水合鹽晶體混合物的相分離，從而保持材料的均勻性和穩(wěn)定性，同時能夠增加材料粘稠度，減少水合鹽中水分子流失，但是過量的相分離抑制劑盡管會防止水分子流失，但是會導(dǎo)致水合鹽粘稠度高，影響材料的儲能性能及釋能效率，而膨脹石墨的存在，不僅能夠吸收流失水分子，協(xié)同相抑制劑抑制相分離，將水分子留存于相變材料中，保持材料的均勻性，增強其穩(wěn)定性，而且其多孔、彎曲的蠕蟲狀結(jié)構(gòu)提供了良好的吸附性和密封性，防止相變材料在使用過程發(fā)生泄露現(xiàn)象，避免其與環(huán)境接觸造成傷害，還有效提高了材料的導(dǎo)熱性能，擴大受熱受冷面積，使得相變材料在儲冷和釋冷過程中能夠更快地吸收和釋放熱能，從而提高了儲冷效率。

22、所述水合鹽晶體混合物包括十二水磷酸氫二鈉和十水硫酸鈉，二者均具有良好的儲熱性能，能夠在特定溫度下發(fā)生相變，從而儲存或釋放大量的熱能，二者混合能夠有效促進成核降低過冷，能夠制備出具有特定相變溫度的復(fù)合相變材料。

23、按質(zhì)量百分比計，所述水合鹽晶體混合物中，十二水磷酸氫二鈉的占比為55%～65%，十水硫酸鈉的35%～45%，該配比范圍內(nèi)的水合鹽晶體混合物具有更高的相變潛熱，在相變過程中能夠儲存或釋放更多的能量，確保了混合物在長期應(yīng)用中能夠持續(xù)有效地儲存和釋放熱能。

24、所述相變溫度調(diào)節(jié)劑為氯化銨。氯化銨作為相變溫度調(diào)節(jié)劑時，能夠在保持較高相變潛熱的同時，實現(xiàn)相變溫度的調(diào)節(jié)。

25、所述過冷抑制劑為硼砂，硼砂是一種有效的成核劑，能夠顯著降低水合鹽晶體混合物的過冷度，配合水合鹽晶體混合物抑制整個相變材料的過冷問題。

26、所述相分離抑制劑為羧甲基纖維素鈉，羧甲基纖維素鈉作為一種高分子化合物，是一種陰離子型多糖，其羧甲基帶有負電荷，這些負電荷可以在不同組分之間形成一層靜電屏障，防止它們因電荷相互作用而發(fā)生聚集或分離，其長分子鏈結(jié)構(gòu)在溶液中能夠擴展，增加了不同組分之間的距離，產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，阻止了組分之間的直接接觸和聚集，從而抑制了相分離的發(fā)生且能夠與水合鹽晶體混合物形成良好的相容性，發(fā)揮顯著的相分離抑制作用，同時羧甲基纖維素鈉作為增稠劑增加材料粘稠度，減少水和鹽中水分子流失，配合膨脹石墨少量吸收流失的水分子，將水分子留存于材料中，避免材料因失水造成的不穩(wěn)定的問題。

27、本發(fā)明還提供一種如上述的膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料的制備方法，該方法通過將水合鹽晶體混合物依次與相變溫度調(diào)節(jié)劑、過冷抑制劑和相分離抑制劑混熔為熔融態(tài)混合物d；然后將熔融態(tài)混合物d與膨脹石墨混合均勻，得到膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料。其中，相變溫度調(diào)節(jié)劑的加入可以調(diào)整復(fù)合相變材料的相變溫度，使其適應(yīng)特定的應(yīng)用需求，確保材料在所需的溫度范圍內(nèi)有效地存儲和釋放冷能；過冷抑制劑的加入可以有效地降低或消除過冷現(xiàn)象，使復(fù)合相變材料在更接近其理論相變溫度時發(fā)生相變，相分離抑制劑能夠增加體系的黏度，增強各組分之間的相互作用，從而抑制相分離的發(fā)生，有助于提高材料的儲能效率和穩(wěn)定性，確保水合鹽晶體與膨脹石墨等組分在儲存和使用過程中保持均勻分布，避免性能下降；以膨脹石墨負載相變材料，一方面膨脹石墨具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠為復(fù)合相變材料提供結(jié)構(gòu)支撐，這種支撐作用可以輔助協(xié)同相分離抑制劑增強相變材料的穩(wěn)定性，防止相變材料在使用過程發(fā)生泄露現(xiàn)象，避免對環(huán)境造成傷害；另一方面可以增加相變材料的熱導(dǎo)率，擴大受熱受冷面積，強化其儲放冷性能。該制備方法簡單，易于操作，并且制備得到的無機-無機復(fù)合相變儲冷材料所使用到的原材料均成本低廉，易于獲得，降低了在實際應(yīng)用中的難度。

28、所述熔融為熔融態(tài)混合物a、熔融為熔融態(tài)混合物b、熔融為熔融態(tài)混合物c和熔融為熔融態(tài)混合物d的熔融溫度均為50℃～70℃。

29、一種利用上述方法制備的膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料，所述膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料的相變溫度為2℃～10℃，具有相變溫度適宜、相變潛熱高、過冷度小、性質(zhì)穩(wěn)定不易相分離、對環(huán)境友好等優(yōu)點，可應(yīng)用于冷鏈運輸、建筑降溫、冰箱節(jié)能、空調(diào)調(diào)溫等領(lǐng)域。

30、如上述的膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料在儲冷技術(shù)中的應(yīng)用，膨脹石墨-水合鹽復(fù)合相變儲冷材料在儲冷技術(shù)中具有高效、穩(wěn)定、環(huán)保、成本低的特點，可廣泛應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)、建筑節(jié)能、冷鏈物流、太陽能儲冷、水加熱、發(fā)電等領(lǐng)域，在節(jié)能、環(huán)保和新能源利用等方面具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的研究價值。