一種基于類離子液體的相變儲能材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于材料合成技術領域，尤其是相變儲能材料的應用。
【背景技術】
[0002] 相變儲能材料能將暫時不用的能量儲存起來，到需要時再將其釋放，這就可以緩 解能量供求之間的矛盾，節約能源。利用相變儲能材料的這個特性，可以將其用在空調節 能領域、太陽能領域、航空航天領域及電力等方面。由于單一的相變材料在使用過程中性能 不穩定，滿足不了實際應用的要求，對相變材料的改進，以及在復合相變儲能材料方面的 研究成了近年來的研究重點。
[0003] 儲能材料按儲能的方式大體分為：顯熱儲能、化學反應儲能和潛熱儲能三大類。 顯熱儲能是通過物質的溫度變化來儲存熱能的，儲熱介質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，無法達到控制溫 度的目的，并且該類材料儲能密度低，從而使相應的裝置體積龐大，因此其應用價值不 尚。
[0004] 潛熱儲能是利用相變材料在相變時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、設計靈活、使用方便且易于管理。還 有一個很大的優點：即這類材料在相變儲能過程中材料近似恒溫，因此最具有實際應用前 景，也是目前應用最多和最重要的儲能方式。相變材料在太陽能領域、儲熱儲冷領域、空調 建筑領域、以及航空航天領域中有著誘人的前景。
[0005] 相變儲能技術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、工業余熱回收、采暖和空調、醫學工程、軍事工程、 蓄熱建筑和極端環境服裝等眾多領域具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。
[0006] 相變儲能材料按化學組分一般可分為無機相變儲能材料、有機相變儲能材料和復 合相變儲能材料。無機相變儲能材料存在相分離問題，其耐受性差，難以長期循環使用；有 機相變儲能材料易于被氧化，熱穩定性差，且單位體積儲能密度較低，導熱性差；復合相變 儲能材料可部分克服單一有機或無機相變材料的缺點，但無機材料和有機材料在復合過 程中的有效結合問題尚未得到解決。
[0007] 現有的相變儲能材料普遍在耐久性和經濟性上存在問題。耐久性問題主要表現在 儲、放熱循環過程中材料的熱物理性質退化和儲存容器的腐蝕、破損。經濟型問題主要表現 為相變材料性價比較低，單位熱能的儲存費用較高，失去了與其它儲熱方法的比較優勢。上 述問題的存在嚴重制約了相變儲能材料的規模化生產和應用。

【發明內容】

[0008] 為克服現有技術的不足，本發明提供一種基于類離子液體的相變儲能材料，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能材料總質量的質量百分數不低于5%。
[0010] 進一步地，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 種的物質的量之比為1~20 :1~3。
[0011] 進一步地，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的量之比為2~17 :1。
[0012] 進一步地，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] 進一步地，還包括成核劑，所述成核劑的質量占所述基于類離子液體的相變儲能 材料總質量的質量百分數不高于5%。
[0014] 本發明還提供這種基于類離子液體的相變儲能材料的制備方法，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能材料總質量的質量百分數不低于5% ;
[0016] 將所述第一混合物置于反應器中，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能 材料。
[0017] 進一步地，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 種的物質的量之比為1~20 :1~3。
[0018] 進一步地，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的量之比為2~17 :1。
[0019] 進一步地，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，所述成核劑的質量占 所述第一混合物總質量的質量百分數不高于5%。
[0021] 有益效果：
[0022] 與現有的離子液體基相變儲能材料相比，本發明的基于類離子液體的相變儲能材 料具有如下優點：
[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、放熱循環中始終保 持相同的固液組成，避免了無機水合鹽相變材料常見的相分離問題，基于類離子液體的相 變儲能材料具有較低的蒸汽壓、良好的抗氧化性和熱穩定性，使其能夠在長期應用過程中 保持穩定的化學組分。
[0024] 2、性價比高。該類基于類離子液體的相變儲能材料的組分均為常見的大宗化學試 劑，其合成過程僅需進行簡單的混合熔融，無需另行分離，這有效地降低了相變材料的合成 成本及合成過程對環境的影響。此外，基于類離子液體的相變儲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能密度下，基于類離子液體的相變儲能材料 相較于常規相變儲能材料具有更好的性價比。
[0025] 3、功能擴展性強。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 儲能材料的組分，該類基于類離子液體的相變儲能材料除具有良好的導電性外，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、磁多功能復合相變儲能材料。
【具體實施方式】
[0026] 下面，將對本發明實施例做詳細介紹。
[0027] 步驟一：準備原材料。本發明的原材料包括：
[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