本發(fā)明涉及一種高熱穩(wěn)定性的中溫多元相變材料及其制備方法，該種新型多元相變材料表現(xiàn)出優(yōu)良熱穩(wěn)定性能，使得其能在中溫蓄熱系統(tǒng)的應(yīng)用具有很大的潛力。
背景技術(shù)：
：隨著全球能源危機嚴重化，溫室氣體排放的增多以及日益嚴重的環(huán)境問題的出現(xiàn)，太陽能是目前最重要穩(wěn)定的能源來源，并且在今后能源體系中扮演著越來越重要的角色。由于太陽能固有的不連續(xù)性和不穩(wěn)定性一直是困擾人們提高其利用效率的核心問題。成功利用太陽能熱電系統(tǒng)很大程度上需要一種高效可靠的儲熱方法。而當前高效的儲熱方法之一是利用相變材料作為儲熱介質(zhì)所形成的一個潛熱儲存系統(tǒng)。這種高存儲密度，等溫性的相變材料通過相變時候中完成一個熱能存儲過程。這種潛熱儲存系統(tǒng)今后一個優(yōu)勢是其熱存儲和熱傳遞都在一個比較狹窄的溫度區(qū)間，這種溫區(qū)叫做相變材料的過度溫區(qū)。專利號為cn102433104b的發(fā)明專利提出了一種傳熱流體，其主要組成成分為：kno3-lino3-ca(no3)2，這種三元相變材料可以很好的儲存熱能，但是穩(wěn)定性欠佳。因此，我們在三元相變材料kno3-lino3-ca(no3)2體系中添加了一定量的硝酸銫（csno3），從而強化了其高溫穩(wěn)定性，也提高了其融點溫度。實驗中主要測量硝酸鹽的幾項熱力學(xué)性能參數(shù)，包括了其融點，熔融熱，高溫?zé)岱€(wěn)定性以及熱循環(huán)穩(wěn)定性。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的在于研制出一種新型的高熱穩(wěn)定性的中溫多元相變材料及其制備方法，通過在kno3-lino3-ca(no3)2三元體系中添加一定量的csno3提高相變材料的長時間耐高溫?zé)岱€(wěn)定性能，改善其相變溫度低等缺陷。一種高熱穩(wěn)定性的中溫多元相變材料，所述中溫多元相變材料用作太陽能熱電廠的蓄熱材料以及熱能儲存材料；所述中溫多元相變材料由kno3、lino3、ca(no3)2和csno3組成；原料的摩爾百分數(shù)如下：kno3為65-70%，lino3為15-20%，ca(no3)2為12-16%，其余為csno3，其總摩爾百分數(shù)為100%。一種如權(quán)利要求1所述的高熱穩(wěn)定性的中溫多元相變材料的方法，具體步驟如下：（1）按原料組分的摩爾百分數(shù)取原料，ca(no3)2的原料取ca(no3)2·4h2o；（2）將kno3、lino3、ca(no3)2·4h2o和csno3組導(dǎo)入容器中；（3)加熱至200℃，使所述ca(no3)2·4h2o中的水分析出，從而溶解所述各組份得到溶鹽混合物；（4）使所述溶鹽混合物在高溫環(huán)境下暴露于空氣，水分被完全蒸發(fā)后，得到熔鹽混合物，即得所述中溫多元相變材料。本發(fā)明中，所述步驟（3）中，加熱至200~220℃。本發(fā)明中，所述步驟（4）中，所述高溫環(huán)境的溫度為190~200℃，暴露于空氣的時間為1~24h。本發(fā)明的有益效果在于：這種多元相變材料的用途是作為太陽能發(fā)電廠的中溫蓄熱儲能材料。本發(fā)明主要解決了目前用于制備中溫儲熱相變材料熱穩(wěn)定性差等技術(shù)問題。附圖說明圖1是樣品a、b、c中的蓄熱材料的隨溫度融點以及比熱容變化圖；圖2是樣品a、b、c、d的蓄熱材料在400℃條件下，72天內(nèi)的質(zhì)量變化圖；圖3是樣品a在多次高溫?zé)嵫h(huán)條件下的融點和比熱容；圖4是樣品b在多次高溫?zé)嵫h(huán)條件下的融點和比熱容；圖5是樣品c在多次高溫?zé)嵫h(huán)條件下的融點和比熱容；圖6傳熱材料在500℃條件下32天內(nèi)的質(zhì)量損失圖；圖7是蓄熱材料在500℃條件下和32天之后的融點和比熱容變化圖。具體實施方式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1：試驗樣品本實驗中，用以分析的蓄熱材料的組分及組分摩爾含量如表1，其中，樣品a作為本發(fā)明的參照樣品，不屬于本
發(fā)明內(nèi)容：表1kno3lino3ca(no3)2csno3樣品a68%18%14%0%樣品b68%18%14%0.2%樣品c68%18%14%0.38%樣品d68%18%14%0.57%1.蓄熱材料的制備過程描述取kno3(純度>99％)，lino3(純度>99％)到ca(no3)2·4h2o(純度>99％)csno3(純度>99％)。首先分別稱量各種硝酸鹽，然后倒入不銹鋼容器中，并在大氣中加熱。加熱溫度開始保持在大約200℃，以便ca(no3)2·4h2o中水成分析出，從而溶解各組分。這些溶鹽混合物在高溫環(huán)境(200~220℃)下暴露于空氣1小時以上，保證水被完全蒸發(fā)得到熔鹽混合物，即蓄熱材料。2.實驗蓄熱材料的物理屬性2.1熔點溫度和比熱容用作蓄熱材料的無機鹽混合物的最重要的物理屬性是最低的液態(tài)溫度。對于二元硝酸鹽混合物，最低的液態(tài)溫度是典型的共熔點。三元硝酸鹽混合物的相圖表典型的比二元硝酸鹽混合物的共熔系統(tǒng)相圖表復(fù)雜。四元硝酸鹽混合物的相變行為甚至更為復(fù)雜，更難用圖表表達。用同步熱分析儀sta1500測定了本實施案例的蓄熱材料的比熱容。本實施案例的蓄熱材料的相變溫度為113℃，小于hitecxl的熔點溫度142℃；比熱容為95.61j/g；本實施案例的蓄熱材料在太陽熱能系統(tǒng)中作為蓄熱材料具有較大的價值。2.2高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性對于蓄熱材料，它所能承受的高溫決定著它的實際應(yīng)用。低熔點的蓄熱材料高溫下充分的穩(wěn)定性，將很大程度上決定著太陽能熱系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和安全性。高溫下，對于硝酸鹽，主要的反應(yīng)是硝酸離子的部分分裂，如公式(1)所示。（1）分裂緩慢發(fā)生并且受到與熔鹽接觸的大氣中的氧氣分壓的限制。化學(xué)穩(wěn)定性的測試在同步熱分析儀sta1500中的一個小高溫坩鍋中進行。圖2樣品a的質(zhì)量變化與含有0.2%摩爾分數(shù)硝酸銫的樣品b相似。隨著硝酸銫的摩爾分數(shù)的增加，樣品的質(zhì)量損失在減少，化學(xué)穩(wěn)定性提高。然而，當硝酸銫的摩爾分數(shù)超過0.4%之后，其對質(zhì)量損失和化學(xué)穩(wěn)定性的影響很小。當四種樣品加熱56天之后，質(zhì)量損失基本為零；尤其對于樣品a和b而言，這意味著其熱穩(wěn)定性能已經(jīng)受到了破壞。測試結(jié)果表明三聯(lián)硝酸鹽—硝酸鋰，硝酸鉀，硝酸鈉在456.1℃溫度之下，非常穩(wěn)定；此外，硝酸銫的添加也大大的加強了樣品運行的安全性。樣品a、b、c在高溫500℃條件下32天的質(zhì)量損失如圖6所示。圖6中沒有摻雜硝酸銫的參照樣品a相比于樣品b、c質(zhì)量損失多。三種樣品在質(zhì)量損失的初期表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，8天之后質(zhì)量基本不變，趨于穩(wěn)定。一些硝酸鹽在500℃高溫下會出現(xiàn)分解，這正是導(dǎo)致突然的質(zhì)量損失的原因。隨著實驗的推進，形成了一些低摩爾分數(shù)的硝酸鹽，它們能有效減少質(zhì)量損失。為了進一步研究硝酸鹽在長時間高溫條件下的熱穩(wěn)定性，實驗中對在500℃高溫下32天之后的樣品a、b和c的熱學(xué)性能進行的檢測，結(jié)果如圖7所示。相比于圖1中參照樣品a的數(shù)值，這種條件下的樣品a的熔融熱降低了31.3%，而圖1中樣品b和c只是輕微的降低，分別為5.3%和4.0%。硝酸鹽的高溫?zé)釋W(xué)性能的提高確實是得益于硝酸銫的添加。2.3熱循環(huán)熱穩(wěn)定性圖3、4、5中對比了參照樣品a和樣品b、c原始dsc值以及200，400和800次熱循環(huán)的dsc值。不含硝酸銫的樣品a，熱循環(huán)次數(shù)越多熔融熱減少的越多，經(jīng)歷600次循環(huán)之后熔融熱的減少了83.4%；800次循環(huán)的樣品的熱學(xué)性能更差，樣品基本已經(jīng)解體。含有0.2%摩爾分數(shù)的硝酸銫的樣品b在800次循環(huán)后的結(jié)果對比與樣品a表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性能以及熔融熱有所提高。而含有更多摩爾分數(shù)硝酸銫的樣品c（0.38%），熱穩(wěn)定性與熔融熱都有了進一步的提高，200次循環(huán)后的熔融熱為84j/g。圖3、4和5中的數(shù)據(jù)表明，硝酸銫對于提高硝酸鹽相變材料在長時間中溫循環(huán)條件下的熱穩(wěn)定性和熔融熱都起著至關(guān)重要的作用。本具體實施方式中的蓄熱材料，用作太陽能熱電廠的蓄熱材料的具體使用方法，基本上可以參照現(xiàn)有技術(shù)中的無機熔鹽混合物用作太陽能熱電廠的蓄熱材料的用法，但也有不同之處。不同之處在于：在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上，可以減少輔助保溫設(shè)備、措施以及預(yù)防無機鹽流體凝固的設(shè)備，降低太陽能熱發(fā)電廠投資成本。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本
技術(shù)領(lǐng)域：
中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。當前第1頁12