一種基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其是相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變儲(chǔ)能材料能將暫時(shí)不用的能量儲(chǔ)存起來，到需要時(shí)再將其釋放，這就可以緩 解能量供求之間的矛盾，節(jié)約能源。利用相變儲(chǔ)能材料的這個(gè)特性，可以將其用在空調(diào)節(jié) 能領(lǐng)域、太陽能領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域及電力等方面。由于單一的相變材料在使用過程中性能 不穩(wěn)定，滿足不了實(shí)際應(yīng)用的要求，對(duì)相變材料的改進(jìn)，以及在復(fù)合相變儲(chǔ)能材料方面的 研究成了近年來的研究重點(diǎn)。
[0003] 儲(chǔ)能材料按儲(chǔ)能的方式大體分為：顯熱儲(chǔ)能、化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能和潛熱儲(chǔ)能三大類。 顯熱儲(chǔ)能是通過物質(zhì)的溫度變化來儲(chǔ)存熱能的，儲(chǔ)熱介質(zhì)必須具有較大的比熱容。顯熱儲(chǔ) 能材料雖然在使用上比較簡單方便，但是其材料自身的溫度在不斷變化，無法達(dá)到控制溫 度的目的，并且該類材料儲(chǔ)能密度低，從而使相應(yīng)的裝置體積龐大，因此其應(yīng)用價(jià)值不 尚。
[0004] 潛熱儲(chǔ)能是利用相變材料在相變時(shí)吸熱或放熱來儲(chǔ)能或釋能的，這種儲(chǔ)能方式 不僅儲(chǔ)存的能量密度高，而且所用裝置簡單、體積小、設(shè)計(jì)靈活、使用方便且易于管理。還 有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)：即這類材料在相變儲(chǔ)能過程中材料近似恒溫，因此最具有實(shí)際應(yīng)用前 景，也是目前應(yīng)用最多和最重要的儲(chǔ)能方式。相變材料在太陽能領(lǐng)域、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷領(lǐng)域、空調(diào) 建筑領(lǐng)域、以及航空航天領(lǐng)域中有著誘人的前景。
[0005] 相變儲(chǔ)能技術(shù)是利用材料在相變的過程中吸收或釋放大量的熱能，從而起到控溫 和儲(chǔ)能的作用，可以解決能量供求在時(shí)間和空間上分配不平衡的矛盾，是提高能源利用效 率的有效手段。在航空航天、太陽能利用、工業(yè)余熱回收、采暖和空調(diào)、醫(yī)學(xué)工程、軍事工程、 蓄熱建筑和極端環(huán)境服裝等眾多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
[0006] 相變儲(chǔ)能材料按化學(xué)組分一般可分為無機(jī)相變儲(chǔ)能材料、有機(jī)相變儲(chǔ)能材料和復(fù) 合相變儲(chǔ)能材料。無機(jī)相變儲(chǔ)能材料存在相分離問題，其耐受性差，難以長期循環(huán)使用；有 機(jī)相變儲(chǔ)能材料易于被氧化，熱穩(wěn)定性差，且單位體積儲(chǔ)能密度較低，導(dǎo)熱性差；復(fù)合相變 儲(chǔ)能材料可部分克服單一有機(jī)或無機(jī)相變材料的缺點(diǎn)，但無機(jī)材料和有機(jī)材料在復(fù)合過 程中的有效結(jié)合問題尚未得到解決。
[0007] 現(xiàn)有的相變儲(chǔ)能材料普遍在耐久性和經(jīng)濟(jì)性上存在問題。耐久性問題主要表現(xiàn)在 儲(chǔ)、放熱循環(huán)過程中材料的熱物理性質(zhì)退化和儲(chǔ)存容器的腐蝕、破損。經(jīng)濟(jì)型問題主要表現(xiàn) 為相變材料性價(jià)比較低，單位熱能的儲(chǔ)存費(fèi)用較高，失去了與其它儲(chǔ)熱方法的比較優(yōu)勢。上 述問題的存在嚴(yán)重制約了相變儲(chǔ)能材料的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料，包括： 氫鍵供體或金屬鹽任一種，以及季銨鹽或季鱗鹽任一種；
[0009] 其中，所述氫鍵供體包括酰胺類化合物、羧酸、多元醇中的一種或多種；所述金屬 鹽占所述基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不低于5%。
[0010] 進(jìn)一步地，所述氫鍵供體或所述金屬鹽任一種，與所述季銨鹽或所述季鱗鹽任一 種的物質(zhì)的量之比為1~20 :1~3。
[0011] 進(jìn)一步地，所述季銨鹽或季鱗鹽任一種被酰胺類化合物代替；所述金屬鹽和所述 酰胺類化合物的物質(zhì)的量之比為2~17 :1。
[0012] 進(jìn)一步地，所述金屬鹽的陽離子選自：H+、Li+、Na +、K+、Mg' Ca' Sr2+、Ba' Cr' Fe' Co2+、Ni' Cu' Ζη2+、Cd' Al3+、Ga' Sn2+、In' Pb2+中的一種或多種；所述金屬鹽的陰 離子選自 NO3、SO42、Cl、Br、F、I、PO4 3、BF4、PF6 中的一種或多種。
[0013] 進(jìn)一步地，還包括成核劑，所述成核劑的質(zhì)量占所述基于類離子液體的相變儲(chǔ)能 材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不高于5%。
[0014] 本發(fā)明還提供這種基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料的制備方法，包括如下步驟：
[0015] 將氫鍵供體或金屬鹽任一種，以及季銨鹽或季鱗鹽任一種混合形成第一混合物； 其中，所述氫鍵供體包括酰胺類化合物、羧酸、多元醇中的一種或多種；所述金屬鹽占所述 基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不低于5% ;
[0016] 將所述第一混合物置于反應(yīng)器中，控制溫度為60~200°C，使所述第一混合物加 熱熔融形成均一透明的第一液體；冷卻所述第一液體獲得所述基于類離子液體的相變儲(chǔ)能 材料。
[0017] 進(jìn)一步地，所述氫鍵供體或所述金屬鹽任一種，與所述季銨鹽或所述季鱗鹽任一 種的物質(zhì)的量之比為1~20 :1~3。
[0018] 進(jìn)一步地，所述季銨鹽或季鱗鹽任一種被酰胺類化合物代替；所述金屬鹽和所述 酰胺類化合物的物質(zhì)的量之比為2~17 :1。
[0019] 進(jìn)一步地，所述金屬鹽選自：H+、Li+、Na+、K+、Mg' Ca3+、Sr' Ba2+、Cr' Fe2+、Co' Ni' Cu' Zn2+、Cd' Al' Ga' Sn2+、In' Pb2+中的一種或多種；所述金屬鹽的陰離子選自 NO3、SO42、Cl、Br、F、I、PO4 3、BF4、PF6 中的一種或多種。
[0020] 進(jìn)一步地，所述第一混合物中還加入成核劑一并加熱熔融，所述成核劑的質(zhì)量占 所述第一混合物總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不高于5%。
[0021] 有益效果：
[0022] 與現(xiàn)有的離子液體基相變儲(chǔ)能材料相比，本發(fā)明的基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材 料具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1、耐受性好。作為一種中低溫共晶熔鹽，該類類離子液體在儲(chǔ)、放熱循環(huán)中始終保 持相同的固液組成，避免了無機(jī)水合鹽相變材料常見的相分離問題，基于類離子液體的相 變儲(chǔ)能材料具有較低的蒸汽壓、良好的抗氧化性和熱穩(wěn)定性，使其能夠在長期應(yīng)用過程中 保持穩(wěn)定的化學(xué)組分。
[0024] 2、性價(jià)比高。該類基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料的組分均為常見的大宗化學(xué)試 劑，其合成過程僅需進(jìn)行簡單的混合熔融，無需另行分離，這有效地降低了相變材料的合成 成本及合成過程對(duì)環(huán)境的影響。此外，基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料良好的耐受性可有 效延長其使用壽命。因此，在同等的初始相變儲(chǔ)能密度下，基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料 相較于常規(guī)相變儲(chǔ)能材料具有更好的性價(jià)比。
[0025] 3、功能擴(kuò)展性強(qiáng)。由于多種過渡金屬元素化合物均可作為基于類離子液體的相變 儲(chǔ)能材料的組分，該類基于類離子液體的相變儲(chǔ)能材料除具有良好的導(dǎo)電性外，還具有特 定的光、磁性能，這使得類離子液體適合于被拓展為光、電、磁多功能復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面，將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做詳細(xì)介紹。
[0027] 步驟一：準(zhǔn)備原材料。本發(fā)明的原材料包括：
[0028] 1、氫鍵供體酰胺類化合物、羧酸類化合物、多元醇中的一種或多種。例如，乙二酸、 乙二醇等。
[0029] 金屬鹽。該金屬鹽的選擇范圍較寬，例如，可選自水合金屬鹽或無水金屬鹽。所述 金屬鹽的陽離子選自：H +、Li+、Na+、K+、Mg' Ca3+、Sr' Ba' Cr2+、Fe2+、Co' Ni' Cu2+、Zn' Cd' Al' Ga' Sn' In3+、Pb2+中的一種或多種；所述金屬鹽的陰離子選自NO3、SO 42、Cl、 Br、F、I、P043、BF4、PF6中的一種或多種。例如，組成有氯化銅、四