一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用，复合相变材料包括相变材料和石墨烯，相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)，复合相变材料的相变温度为54～62℃，熔化热为200～220J/g，密度为0.9g/cm

A Microwave Heated Energy Storage Composite Phase Change Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用
本专利技术属于新型碳材料
，具体涉及一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用。
技术介绍
石墨烯是由碳原子通过SP2杂化构成的单原子层厚度的二维纳米材料，由于其比表面积大、超薄、界面大、透光率高、可调谐导电等独特的结构和物理化学性质，石墨烯在许多领域都有着潜在应用，尤其在吸波领域，石墨烯的优良性质决定了它的广泛用途。与此同时，在全球环境污染和能源短缺的问题十分严峻的情况下，提高能源效率和利用率，解决能源供需缺口的热能储存系统是近年来研究的热点。更具体地说，以具有较高的潜热储热密度和几乎恒定的相变温度的相变材料为储能介质的潜热储能系统，是储热领域的研究热点。石墨烯的高阻抗匹配特性可以促使能量从相邻态向费米能级的及时转化，这些都有利于石墨烯的吸波性能，在相变材料的包围下，石墨烯纳米颗粒形成的错综复杂的网状结构自发且强烈地响应入射微波，由于其巨大的电阻-电感-电容耦合电路，时变电场感应电流在电路网络中迅速衰减并转换成热能。在这个过程中入射电磁波能迅速转变为热能。相变材料作为潜热储存的介质，在一定温度范围内，发生固相和液相的转变，在这个过程中，材料吸收大量的热量，具有高的潜热储存能力，能够存储比具有相同体积的显热材料(水，油等)储存更多的能量，并且其在固相和液相转变，即吸收或者释放热能时，可以保持温度几乎恒定。这种高储热能力和恒温性能在节能减排中有极大的应用空间。然而，在石墨烯吸波领域和储热领域的交叉应用却鲜有研究。石墨烯对微波优异的吸收性能使得石墨烯在微波能转化热能领域有得天独厚的优势，有相关文献提到，石墨烯的吸波性能越优秀，相应的转换成热能的能力就越强。而添加了石墨烯的相变材料也具有比普通相变材料更优异的热循环稳定性和高导热性。目前，市场上绝大部分保温杯均采用真空隔绝热对流技术，该技术对杯内胆及外壳要求极高，也就导致真空保温杯成本居高不下，并且一旦破坏了真空环境，保温杯便立即失去保温性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，利用石墨烯等吸波材料优良的吸波转换为热能的能力，结合石蜡等相变材料的高潜热储热密度和几乎恒定的相变温度，创造性地提供一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用。本专利技术采用以下技术方案：一种微波加热储能用复合相变材料，复合相变材料包括相变材料和石墨烯，相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)，复合相变材料的相变温度为54～62℃，熔化热为200～220J/g，密度为0.9g/cm3。具体的，相变材料为石蜡、三水合醋酸钠或八水合氢氧化钡。具体的，复合相变材料使用功率800～1500w的微波加热20～40s。本专利技术的另一个技术方案是，一种复合相变材料的制备方法，取相变材料作为原料，置于快速加热装置中，然后加入石墨烯，使用电磁搅拌器搅拌至完全分散，经自然冷却后制成复合相变材料。具体的，石墨烯为膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、3D石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和CVD石墨烯中的一种或多种组合。进一步的，石墨烯为粉体或薄膜，石墨烯的层数是单层、寡层或多层。具体的，快速加热装置包括电磁加热板和水浴加热器，温度为80～100℃，加热时间为5～15min。本专利技术的另一个技术方案是，微波加热储能用复合相变材料应用于保温杯。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种微波加热储能用复合相变材料，利用微波能量，使石墨烯自内部开始发热并于短时间内达到高温，并且快速加热相变材料，使复合材料迅速由固相转变为液相，并储存由石墨烯转换为热能的微波能，作为保温杯保温材料对保温杯内储藏液体(饮用水，牛奶等)进行保温。另外，在不使用微波时，保温杯内储热复合材料可以吸收来自储藏液体(饮用水，牛奶等)的热量，并由固相转变为液相，以使保温杯内饮品的温度长时间保持在复合相变材料的相变温度，如石蜡的相变温度约58℃。进一步的，复合相变材料可以改变石墨烯等吸波材料的配比，改变吸收微波以发生相变所需的时间。本专利技术一种复合相变材料的制备方法，制备过程简单方便，无需抽真空或设置电路，使用材料安全无毒，能够进一步激励吸波领域和储热领域的交叉发展，对我国科技进步有重大意义。进一步的，使用的石墨烯包括膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、3D石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和CVD石墨烯，可根据实际应用环境，具体成本预算等因素考虑使用不同种类的石墨烯，以达到吸收微波的目的。进一步的，考虑到石墨烯的吸波原理，使用的石墨烯的层数是单层、寡层或多层，利用单层石墨烯的自吸波性质和多层石墨烯形成的巨大的电阻-电感-电容耦合电路，均可达到将微波能转变为热能的目的。进一步的，设置快速加热装置可以使石蜡等相变材料安全、稳定、快速地由固相转变为液相，从而与石墨烯等吸波材料充分完全的混合。本专利技术应用于保温杯，保温杯内储热复合材料可以吸收来自储藏液体(饮用水，牛奶等)的热量，并由固相转变为液相，以使保温杯内饮品的温度长时间保持在复合相变材料的相变温度，如石蜡的相变温度约58℃。综上所述，本专利技术设计简单，制作流程无需真空等苛刻环境，可降低成本且更加安全，可以大批量规模化生产，利用微波对保温杯进行快速加热并储存大量热能，满足日常对饮品的保温需求，保温时间长，节约成本，且无任何附加装置。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实例中复合相变材料的固相；图2为本专利技术实例中复合相变材料的液相；图3为本专利技术实例中复合相变材料的固液混合相；；图4为本专利技术实施例1保温时间的趋势图；图5为本专利技术设计的保温杯；图6为专利技术实施例2保温时间的趋势图。其中：1.杯体；2.复合相变材料；3.杯盖。具体实施方式本专利技术结合石墨烯的吸波性能和相变材料的储热性能，首次提出结合石墨烯等吸波材料吸波性能和石蜡等相变材料的复变性能作为保温杯的保温材料，具体的，通过控制石墨烯等吸波材料与石蜡材料等相变材料的配比；调整复合相变材料的微波加热时间；将复合相变材料置于保温杯内胆与外壁之间，充分密封制成保温杯。请参阅图5，为本专利技术一种电磁加热保温杯，保温杯整体包括杯体1和杯盖3，杯盖3安装在杯体1的上端，杯体1内填充有复合相变材料2，通过调整复合相变材料2的微波加热时间实现保温储能。复合材料2相变温度约为54～62℃，熔化热约200～220J/g，密度约0.9g/cm3，其优秀的储热能力和低密度，是优秀的保温储能材料。使用功率800～1500w的微波炉微波加热20～40s。本专利技术一种储热用复合相变材料的制备方法，以吸波材料与相变材料构成的复合相变材料快速加热并储热保温，具体为：取相变材料作为原料，置于快速加热装置中，然后加入石墨烯，使用电磁搅拌器搅拌至完全分散，经自然冷却后制成复变相变材料。快速加热装置包括但不限于电磁加热板，水浴加热器等加热装置，在80～100℃下加热5～15min使相变材料完全由固态转变为液态。石墨烯为膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、3D石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和CVD石墨烯中的一种或多种组合或其他类似吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波加热储能用复合相变材料，其特征在于，复合相变材料包括相变材料和石墨烯，相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)，复合相变材料的相变温度为54～62℃，熔化热为200～220J/g，密度为0.9g/cm

【技术特征摘要】
1.一种微波加热储能用复合相变材料，其特征在于，复合相变材料包括相变材料和石墨烯，相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)，复合相变材料的相变温度为54～62℃，熔化热为200～220J/g，密度为0.9g/cm3。2.根据权利要求1所述的微波加热储能用复合相变材料，其特征在于，相变材料为石蜡、三水合醋酸钠或八水合氢氧化钡。3.根据权利要求1或2所述的微波加热储能用复合相变材料，其特征在于，复合相变材料使用功率800～1500w的微波加热20～40s用于储能。4.一种制备如权利要求1所述复合相变材料的方法，其特征在于，取相变材料作为原料，置于快速加热装置中...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓刚，杨恒瑞，杨超，吴晓东，白宇鸽，尹玉婷，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61