高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金及其制备方法，所述高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金中包含以下重量百分含量的各组分：15.6%~16.8%的Sn，11.9%~13.3%的In，17.8%~19.3%的Pb，6.9%~8.2%的Cd，42.5%~45.3%的Bi，0.3%~0.9%的镀石墨烯的铜粉。其制备方法包括以下步骤：抽真空步骤、加压通电熔炼步骤与水浴加热夹料步骤。本发明专利技术获得低熔点合金材料，其液相热导率达到58W/mK以上，比液态合金相变材料提高了2倍以上，更是远高于传统的相变材料。

【技术实现步骤摘要】
高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金及其制备方法
本专利技术属于容器相关的相变储能材料领域，本专利技术公开了一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金，本专利技术还公开了一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的制备方法。
技术介绍
我国人均资源不足，生态环境薄弱，可持续发展已是当今社会发展的一大主题，要达到这种发展模式，开发和利用环保的新能源技术是最有效的解决办法。而相变储能材料是环保新能源技术的研究热点之一，在一定的条件下，可提高能源利用率，减少能源的浪费，达到环保的目的。目前市场上主要使用的相变储能材料包括无机水合盐相变材料和有机储能材料。通过不同的配方调节其相变温度，可以应对不同的吸热/供热需求。但是，这两类传统的相变储能材料都有明显的缺点：热传导率过低：无机水合盐的热导率一般都低于1W/mK，而有机相变材料的热导率更是不高于0.3W/mK。过低的热导率将会显著的降低该相变储能材料的使用效率，对结构设计提出了更高的要求，这样对于某些对于体积要求较高的场合，这些传统相变储能材料的使用受到较多的限制。相比较传统的相变储能材料，就热导率和相变潜能上，液态合金就具有明显的优势。一般的，液态合金的热导率达到20W/mK以上，大约是传统相变储能材料的20倍以上，单位体积的相变潜热值达到300～500J/cm3，同时液态金属还具有其他多种优点，这使得液态金属在近几年来，得到越来越多储能材料科学家及学者关注。将具有高热导性能的材料进行复合设计，是进一步提高基体材料热导率的重要途径。石墨烯是一种具有极高导电性和极高导热性等优异性能的特种材料，尤其是导热系数高达5000W/mK，这让石墨烯成为一种用于优化体系热导率的添加剂。但是，将石墨烯直接与液态合金复合处理时，由于两者密度差异极大，对于制备工艺提出了极高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金。本专利技术的另一目的是提供一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的制备方法。按照本专利技术提供的技术方案，所述高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金中包含以下重量百分含量的各组分：15.6％～16.8％的Sn，11.9％～13.3％的In，17.8％～19.3％的Pb，6.9％～8.2％的Cd，42.5％～45.3％的Bi，0.3％～0.9％的镀石墨烯的铜粉。所述镀石墨烯的铜粉的颗粒直径为15～2000纳米。一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的制备方法包括以下步骤：a、将Sn、In、Pb、Cd与Bi放入真空感应熔炼炉的坩埚内，关闭炉门，对真空感应熔炼炉进行抽真空处理，使炉内压强低于5×10-3Pa；b、然后向真空感应熔炼炉内加入惰性气体作为保护气体，加压至0.5～0.6个大气压，开始通电熔炼，熔炼温度控制在400～430℃，使坩埚内内的待熔物料完全熔化，立刻关闭加热电源；c、熔炼完毕后，降温至室温状态，然后从炉中取出熔炼获得的合金半成品，将合金半成品通过水浴加热至65～80℃，使合金半成品再次熔化，并加入预备好的镀有石墨烯的铜粉，并用玻璃棒搅拌均匀，同时水浴自然冷却，直至冷却凝固，即可得到高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金。本专利技术获得低熔点合金材料，其熔化温度在38到49度之间，符合当前很多民用快冷或保温容器的储能和加热需求；该相变合金的凝固和熔化相变过程中的潜热达到50J/g以上，单位体积储能密度达到300J/cm3以上，可以随着环境温度变化吸收或释放能量；本专利技术低熔点合金的液相热导率达到58W/mK以上，比液态合金相变材料提高了2倍以上，更是远高于传统的相变材料。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1准备制备高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的物料，在该物料中包含以下重量百分含量的各组分：16.6％的Sn，12.4％的In，18.7％的Pb，6.9％的Cd，45.1％的Bi，0.3％的镀石墨烯的铜粉，镀石墨烯的铜粉的颗粒平均尺寸约为25纳米。准备好上述物料后，将Sn、In、Pb、Cd与Bi放入真空感应熔炼炉的坩埚内，关闭炉门，对真空感应熔炼炉进行抽真空处理，使炉内压强低于5×10-3Pa；然后向真空感应熔炼炉内加入氮气作为保护气体，加压至0.5个大气压，开始通电熔炼，熔炼温度控制在420℃，使坩埚内内的待熔物料完全熔化，立刻关闭加热电源；熔炼完毕后，降温至室温状态，然后从炉中取出熔炼获得的合金半成品，将合金半成品通过水浴加热至75℃，使合金半成品再次熔化，并加入预备好的镀有石墨烯的铜粉，并用玻璃棒搅拌均匀，同时水浴自然冷却，直至冷却凝固，即可得到高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金。实施例1得到的高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的各项性能见表1。实施例2准备制备高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的物料，在该物料中包含以下重量百分含量的各组分：15.7％的Sn，13.1％的In，17.8％的Pb，7.6％的Cd，45.3％的Bi，0.5％的镀石墨烯的铜粉，镀石墨烯的铜粉的颗粒平均尺寸约为80纳米。准备好上述物料后，将Sn、In、Pb、Cd与Bi放入真空感应熔炼炉的坩埚内，关闭炉门，对真空感应熔炼炉进行抽真空处理，使炉内压强低于5×10-3Pa；然后向真空感应熔炼炉内加入氩气作为保护气体，加压至0.6个大气压，开始通电熔炼，熔炼温度控制在410℃，使坩埚内内的待熔物料完全熔化，立刻关闭加热电源；熔炼完毕后，降温至室温状态，然后从炉中取出熔炼获得的合金半成品，将合金半成品通过水浴加热至70℃，使合金半成品再次熔化，并加入预备好的镀有石墨烯的铜粉，并用玻璃棒搅拌均匀，同时水浴自然冷却，直至冷却凝固，即可得到高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金。实施例2得到的高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的各项性能见表1。实施例3准备制备高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的物料，在该物料中包含以下重量百分含量的各组分：16.8％的Sn，13.3％的In，19.3％的Pb，7.4％的Cd，42.5％的Bi，0.7％的镀石墨烯的铜粉，镀石墨烯的铜粉的颗粒平均尺寸约为120纳米。准备好上述物料后，将Sn、In、Pb、Cd与Bi放入真空感应熔炼炉的坩埚内，关闭炉门，对真空感应熔炼炉进行抽真空处理，使炉内压强低于5×10-3Pa；然后向真空感应熔炼炉内加入氮气作为保护气体，加压至0.6个大气压，开始通电熔炼，熔炼温度控制在400℃，使坩埚内内的待熔物料完全熔化，立刻关闭加热电源；熔炼完毕后，降温至室温状态，然后从炉中取出熔炼获得的合金半成品，将合金半成品通过水浴加热至65℃，使合金半成品再次熔化，并加入预备好的镀有石墨烯的铜粉，并用玻璃棒搅拌均匀，同时水浴自然冷却，直至冷却凝固，即可得到高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金。实施例3得到的高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的各项性能见表1。实施例4准备制备高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的物料，在该物料中包含以下重量百分含量的各组分：15.6％的Sn，11.9％的In，18.6％的Pb，8.2％的Cd，44.8％的Bi，0.9％的镀石墨烯的铜粉，镀石墨烯的铜粉的颗粒平均尺寸约为268纳米。准备好上述物料后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金，其特征在于该合金中包含以下重量百分含量的各组分：15.6%~16.8%的Sn，11.9%~13.3%的In，17.8%~19.3%的Pb，6.9%~8.2%的Cd，42.5%~45.3%的Bi，0.3%~0.9%的镀石墨烯的铜粉。

【技术特征摘要】
1.一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金，其特征在于该合金中包含以下重量百分含量的各组分：15.6%~16.8%的Sn，11.9%~13.3%的In，17.8%~19.3%的Pb，6.9%~8.2%的Cd，42.5%~45.3%的Bi，0.3%~0.9%的镀石墨烯的铜粉。2.如权利要求1所述的高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金，其特征是：所述镀石墨烯的铜粉的颗粒直径为15~2000纳米。3.一种高储能密度高导热率的相变储能低熔点合金的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：a、将Sn、In、Pb、Cd与Bi放入真空感应熔炼炉的坩埚内，关闭炉门，对真空感应熔炼炉进行抽真...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，费黄霞，方怡，徐林清，包新益，
申请(专利权)人：江苏一汽铸造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32