一種離子液體基相變儲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，尤其是相變儲能材料的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變儲能材料能將暫時(shí)不用的能量儲存起來，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。利用相變儲能材料的這個特性，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，對相變材料的改進(jìn)，以及在復(fù)合相變儲能材料方面的 研究成了近年來的研究重點(diǎn)。
[0003] 儲能材料按儲能的方式大體分為：顯熱儲能、化學(xué)反應(yīng)儲能和潛熱儲能三大類。 顯熱儲能是通過物質(zhì)的溫度變化來儲存熱能的，儲熱介質(zhì)必須具有較大的比熱容。顯熱儲 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] 潛熱儲能是利用相變材料在相變時(shí)吸熱或放熱來儲能或釋能的，這種儲能方式 不僅儲存的能量密度高，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 有一個很大的優(yōu)點(diǎn)：即這類材料在相變儲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能方式。相變材料在太陽能領(lǐng)域、儲熱儲冷領(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] 相變儲能材料是相變儲能技術(shù)的核心?，F(xiàn)有的相變儲能材料在耐久性、經(jīng)濟(jì)性和 儲熱性能等方面存在諸多問題。耐久性問題主要表現(xiàn)在多次儲、放熱循環(huán)后相變材料的熱 物理性質(zhì)退化，相變材料從基體材料中泄漏，相變過程所產(chǎn)生的應(yīng)力會破壞基體材料。經(jīng)濟(jì) 型問題主要表現(xiàn)為相變材料及相變儲能復(fù)合材料價(jià)格較高，導(dǎo)致單位熱能的儲存費(fèi)用上 升，失去了與其它儲熱方法的比較優(yōu)勢。儲熱性能問題主要表現(xiàn)為幾乎所有的相變材料都 存在儲能密度低、熱導(dǎo)率低、相變過程中的傳熱性能差等現(xiàn)象。上述問題的存在嚴(yán)重制約了 相變儲能材料的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0007] 離子液體具有蒸氣壓低、熱穩(wěn)定性好、可設(shè)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一類全新的相變儲能材 料，與現(xiàn)有的相變儲能材料相比：①較低的蒸氣壓使離子液體揮發(fā)損失可控制在較低的程 度；②良好的熱穩(wěn)定性使其適應(yīng)于各種嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境；③離子液體在儲、放熱循環(huán)中始 終保持相同的固液組成，無相分離現(xiàn)象。
[0008]目前，用作相變儲能材料的離子液體主要為烷基咪唑類離子液體，該類離子液體 合成工藝復(fù)雜，合成過程中需進(jìn)行純化分離，會造成一定的環(huán)境問題，且價(jià)格昂貴，達(dá)到 3000元~5000元/千克，市場推廣應(yīng)用難度極大。此外，烷基咪唑類離子液體導(dǎo)熱性能不 佳，降低了其應(yīng)用的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種離子液體基相變儲能材料，包括如下組 分：帶有氫鍵供體的季銨鹽或季鱗鹽和無水金屬鹽；其中，所述無水金屬鹽占所述離子液 體基相變儲能材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不低于5%。
[0010] 進(jìn)一步地，所述無水金屬鹽與所述季銨鹽或季鱗鹽的物質(zhì)的量之比為1~3 :1~ 2〇
[0011] 進(jìn)一步地，所述無水金屬鹽的陽離子選自：1^+、]\%2+、2112+、511 2+、633+、413+、1113+、13;[3+、 Pb2+、Fe2+、Co2+、Cu2+中的一種或多種 ；所述無水金屬鹽的陰離子選自N03、S042、Cl、Br、F、 I、PO43、BF4、PF6中的一種或多種。
[0012] 進(jìn)一步地，所述季銨鹽或季鱗鹽的陽離子中至少帶有羥基、胺基或羧基中的一種 或多種官能團(tuán)。
[0013] 進(jìn)一步地，還包括成核劑，所述成核劑的質(zhì)量占所述離子液體基相變儲能材料總 質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不高于5%。
[0014] 本發(fā)明還提供這種離子液體基相變儲能材料的制備方法，包括如下步驟：
[0015] 將帶有氫鍵供體的季銨鹽或季鱗鹽和無水金屬鹽研磨混合形成第一混合物，其 中，所述無水金屬鹽占所述第一混合物總質(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80~200°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離子液體基相變儲能材料。
[0017] 進(jìn)一步地，所述無水金屬鹽與所述季銨鹽或季鱗鹽的物質(zhì)的量之比為1~3 :1~ 2〇
[0018] 進(jìn)一步地，所述無水金屬鹽的陽離子選自丄;[+、]\%2+、211 2+、5112+、633+、厶13+、1113+、13;[ 3+、 Pb2+、Fe2+、Co2+、Cu2+中的一種或多種 ；所述無水金屬鹽的陰離子選自N03、S042、Cl、Br、F、 I、PO43、BF4、PF6中的一種或多種。
[0019] 進(jìn)一步地，所述季銨鹽或季鱗鹽的陽離子中至少帶有羥基、胺基或羧基中的一種 或多種官能團(tuán)。
[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能材料相比，本發(fā)明的離子液體基相變儲能材料具有 如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1、合成該類新型離子液體基相變材料的原料均為常見的大宗化學(xué)試劑產(chǎn)品，且成 本低廉，有效降低了相變材料的生產(chǎn)成本，生產(chǎn)成本僅為50-150元/千克。
[0024] 2、合成該類新型離子液體基相變材料的工藝簡單，僅需進(jìn)行簡單的加熱熔合，所 得產(chǎn)品也無需另行純化分離，極大地減少了生產(chǎn)操作成本，且生產(chǎn)原料全部得到了利用，沒 有副產(chǎn)物產(chǎn)生，不會對環(huán)境產(chǎn)生不良影響。
[0025] 3、該類新型離子液體基相變材料導(dǎo)熱性好。烷基咪唑類離子液體導(dǎo)熱系數(shù)一般低 于0. 35W · m 1 · K \本發(fā)明的新型離子液體基相變材料導(dǎo)熱系數(shù)均大于0. 35W · m 1 · K \相 變洽也均大于120J · cm 3
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面，將對本發(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、無水金屬鹽。該無水金屬鹽的選擇范圍較寬，例如，無水金屬鹽的陽離子可選 自：1^ +、1%2+、2112+