一種離子液體-水體系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，因此其應用價值不高。
[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] 離子液體具有蒸氣壓低、熱穩定性好、可設性強等優點，是一類全新的相變儲能材 料，與現有的相變儲能材料相比：①較低的蒸氣壓使離子液體揮發損失可控制在較低的程 度;②良好的熱穩定性使其適應于各種嚴苛的應用環境;③離子液體在儲、放熱循環中始終 保持相同的固液組成，無相分離現象。
[0008]目前，用作相變儲能材料的離子液體離子液體價格昂貴，達到3000元-5000元/千 克，市場推廣應用難度極大。此外，離子液體普遍存在粘度大、導熱性能不佳等問題，降低了 其應用的可能性。

【發明內容】

[0009] 為克服現有技術的不足，本發明提供一種離子液體-水體系相變儲能材料，包括：
[0010] 離子液體和水;其中，所述水的質量占所述相變儲能材料總質量的質量百分比不 超過20 % ;所述離子液體遇水不發生化學反應。
[0011] 進一步地，所述離子液體為溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、1，4-雙己內酰胺丁烷氯 代鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中任意一種。
[0012] 進一步地，所述離子液體與水的質量比為8~95:1~5。
[0013] 進一步地，還包括成核劑，所述成核劑的質量占所述相變儲能材料總質量的質量 百分數不高于5%。
[0014] 本發明還提供這種離子液體-水體系相變儲能材料的制備方法，包括如下步驟：
[0015] 將離子液體和水混合形成第一混合物;其中，所述水的質量占所述相變儲能材料 總質量的質量百分比不超過20%;所述離子液體遇水不發生化學反應；
[0016] 將所述第一混合物置于反應器中，控制溫度為不超過90°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相變儲能材料。
[0017] 進一步地，所述離子液體為溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、1，4-雙己內酰胺丁烷氯 代鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中任意一種。
[0018] 進一步地，所述離子液體與水的質量比為8~95:1~5。
[0019] 進一步地，還包括成核劑，所述成核劑的質量占所述相變儲能材料總質量的質量 百分數不高于5%
[0020] 有益效果：
[0021 ]與現有的離子液體-水體系相變儲能材料相比，本發明的離子液體-水體系相變儲 能材料具有如下優點：
[0022] 1、離子液體-水混合體系相變儲能材料可有效降低生產成本，單位質量的相變材 料生產成本最高可降低20%。
[0023] 2、離子液體-水混合體系相變儲能材料導熱性好。常用的烷基咪唑類離子液體相 變儲能材料導熱系數一般低于0.35W · πΓ1 · ΙΓ1，離子液體-水混合體系相變材料導熱系數 可達0.50W · m-1 · Κ-、
【具體實施方式】
[0024] 下面，將對本發明實施例做詳細介紹。
[0025] 步驟一:準備原材料。本發明的原材料包括：
[0026] 1、離子液體，本發明的離子液體對空氣和水不敏感的離子液體，即該離子液體接 觸到空氣、水分時能夠保持穩定，不發生分解反應。例如，所述離子液體例如為溴化1-十六 烷基-3-甲基咪唑（[C16mim]Br)、l，4-雙己內酰胺丁烷氯代鹽（[DCB]C1)、1-乙基-3-甲基咪 唑四氟硼酸鹽（[EMHCBF4)中任意一種。
[0027] 2、水。即蒸餾水，去離子水均可。水并非溶解于離子液體，其不存在連續相。水與離 子液體分離，形成互不連接的納米級團聚體。
[0028] 3、成核劑，可選自膨脹石墨、或金屬納米顆粒。
[0029] 對于不同的離子液體基而言，添加的成核劑需篩選后加以確定。添加的成核劑需 具有降低體系液相時表面張力的能力，進而使其易于成核結晶，減少體系的過冷度，同時不 致使相變材料體系的儲能密度下降過多，原則上儲能密度降低程度不得超過體系原本儲能 密度的10%。
[0030] 上述原材料準備完畢，然后預計需制備的離子液體-水體系相變儲能材料總質量 M，然后按照各個原材料占所述總質量Μ的質量百分比，計算各個原材料實際需要的質量mx。
[0031] 實施操作中，各個原材料的配比關系如下操作：
[0032] 步驟一:將離子液體和水混合形成第一混合物;其中，所述水的質量占所述離子液 體-水體系相變儲能材料總質量的質量百分比不超過20% ;所述離子液體遇水不發生化學 反應。
[0033] 優選地，所述離子液體與水的質量比為8~95:1~5。
[0034]步驟二:將所述第一混合物置于反應器中，控制溫度從室溫至90°C，恒溫攪拌或震 蕩1~2h，使所述第一混合物加熱熔融形成均一透明的第一液體。水并非溶解于離子液體， 其不存在連續相。故此，在所述第一液體中，水與離子液體分離，形成互不連接的納米級團 聚體。
[0035] 自然冷卻所述第一液體至室溫，待所述第一液體結晶固化后，粉碎，獲得所述離子 液體-水體系相變儲能材料，產品無需純化分離。
[0036] 下面結合實施例1~3介紹本發明方法。各個實施例的反應參數以及相變儲能材料 參數如表1、表2所示。
[0037]表1各個實施例的反應參數
[0038]
[0039] 表2各個實施例獲得的離子液體-水體系相變儲能材料的物理參數
[0040]
[0041]
[0042] 粘度和和導熱性是反映相變儲能材料是否具有應用價值的重要指標，其粘度越 低，導熱系數越高，應用價值越大，現有離子液體相變儲能材料的運動粘度多數在100mm 2 · ?Γ1左右，部分可達數百乃至數千mm2 · ?Γ1，但導熱系數一般低于0.35 W · πΓ1 · ΙΓ1。從表2中 可知，實施例1、2、3所獲得的產品其粘度均很低，但是導熱系數均高于0.35 W · πΓ1 · ΙΓ1，說 明其具有巨大的應用前景。
[0043] 本發明所述的相變材料為一類離子液體-水混合體系，主要解決現有離子液體相 變儲能材料價格高、粘度大和導熱性能差的問題。該類相變材料僅需將離子液體與水均勻 混合，可有效降低離子液體相變材料的粘度，提高其導熱性能，相較純相離子液體相變材 料，其成本最多可降低20%，同時單位質量儲能密度會有一定程度的提高。
【主權項】
1. 一種離子液體-水體系相變儲能材料，其特征在于，包括： 離子液體和水;其中，所述水的質量占所述離子液體-水體系相變儲能材料總質量的質 量百分比不超過20% ;所述離子液體遇水不發生化學反應。2. 根據權利要求1所述離子液體-水體系相變儲能材料，其特征在于，所述離子液體為 溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、1，4-雙己內酰胺丁烷氯代鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸 鹽中任意一種。3. 根據權利要求1所述離子液體-水體系相變儲能材料，其特征在于，所述離子液體與 水的質量比為8~95:1~5。4. 根據權利要求1所述離子液體-水體系相變儲能材料，其特征在于，還包括成核劑，所 述成核劑的質量占所述離子液體-水體系相變儲能材料總質量的質量百分數不高于5%。5. -種離子液體-水體系相變儲能材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 將離子液體和水混合形成第一混合物;其中，所述水的質量占所述離子液體-水體系相 變儲能材料總質量的質量百分比不超過20%;所述離子液體遇水不發生化學反應； 將所述第一混合物置于反應器中，控制溫度為不超過90°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-水體系相變儲能材料。6. 根據權利要求5所述離子液體-水體系相變儲能材料的制備方法，其特征在于，所述 離子液體為溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、1，4_雙己內酰胺丁烷氯代鹽、1-乙基-3-甲基咪 唑四氟硼酸鹽中任意一種。7. 根據權利要求5所述離子液體-水體系相變儲能材料的制備方法，其特征在于，所述 尚子液體與水的質量比為8~95:1~5。8. 根據權利要求5所述離子液體-水體系相變儲能材料的制備方法，其特征在于，還包 括成核劑，所述成核劑的質量占所述離子液體-水體系相變儲能材料總質量的質量百分數 不高于5%。
【專利摘要】本發明提供一種離子液體-水體系相變儲能材料，包括如下組分：離子液體和水；其中，所述水的質量占所述離子液體-水體系相變儲能材料總質量的質量百分比不超過20％；所述離子液體遇水不發生化學反應。本發明還提供這種離子液體-水體系相變儲能材料的制備方法。本發明的離子液體-水體系相變儲能材料具有較高的導熱系數和相變焓，且價格低廉，對環境友好。
【IPC分類】C09K5/06
【公開號】CN105441033
【申請號】CN201510861168
【發明人】孫進賀, 賈永忠, 景燕, 張全有, 謝紹雷, 姚穎, 邱方龍
【申請人】中國科學院青海鹽湖研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月30日