本发明涉及相变储热材料和太阳能温差发电，具体涉及一种柔性复合相变材料、制备方法及其应用的太阳能温差发电系统。
背景技术：
：：1、随着全球对清洁能源和可持续发展的追求日益增强，温差发电技术作为一种新兴的绿色能源利用方式，正逐渐受到关注。该技术利用自然界或工业过程中存在的温度差异，通过热电材料直接将热能转化为电能，无需机械运动或化石燃料，为传统供电系统建设和运维困难区域、特殊场合的供电提供了新的解决方案。特别是以太阳能为热源的温差发电技术，在分布式供能、野外条件发电等场合具有很好的发展前景。2、然而，太阳能具有明显的不连续特性，使得发电系统难以连续运行，急需发展高效储热材料和储热技术。相变材料作为一种重要的能量转换和储存介质，已经在众多储热和热管理领域中展现出强大的潜力。尽管相变材料在理论上具有诸多优点，但在实际应用中，其局限性也不容忽视。例如，相变材料较低的热导率难以将吸收的热量向相变材料内部传递，造成热量局部堆积与浪费；而且传统的相变材料往往力学性能差，缺乏柔性、难以弯曲，使得其与传热面之间难以完全贴合，造成接触热阻；此外，相变材料熔化后还具有较高的流动性，这意味着在结构复杂或动态变化的环境中，它们可能难以保持稳定，容易发生形变。3、针对相变材料导热率低的技术问题，利用导热填料直接吸附相变材料，可获得高导热能力的复合相变材料。例如，现有技术1(liu f,wang j,wang f,et al.batterythermal safety management with form-stable and flame-retardant phase changematerials[j].international journal of heat and mass transfer,2024,218:124764.)采用eg的多孔网络结构作为载体，并掺入环保无毒的二氧化硅基阻燃剂，与石蜡pw熔融共混形成热导率为0.892w/(m·k)的复合相变材料，应用于电池热管理。4、针对相变材料力学性能较差，缺乏柔性难以弯曲的技术问题，利用柔性弹性体的交联结构构建柔性网格，实现相变材料柔性化。柔性化相变材料的开发，不仅能够解决传统材料在结构适应性和热能利用效率方面的不足，还能拓展其在各种复杂结构和动态环境下的应用。这种材料的柔韧性将使其能够更好地适应和响应外部载荷，同时保持良好的热能存储和释放能力，从而优化热管理，提高热能利用效率。例如，现有技术2(suny,zhangn,sunq,et al.anovel form stable phase change material based on elastomericcopolymer and carbon nanotubes with photo-thermal conversionperformance,journal ofenergy storage,2023,63:107043.)利用氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物sebs和烯烃嵌段共聚物obc为载体材料，碳纳米管cnt为高效吸光材料，石蜡pw为pcm，制备了具有光热转换功能的定型复合相变材料，具有较好的封装能力和柔韧性。但是，该技术方案所得材料同样存在热导率低的问题，其热导率仅为0.264w/(m·k)。技术实现思路1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种柔性复合相变材料、制备方法及其应用的太阳能温差发电系统。2、本发明针对现有技术存在的技术问题，通过以下原理进行解决：3、1.作为线性三嵌共聚物的sebs具有较好的耐温性能和耐老化性能，而作为多嵌段共聚物的obc具有较好的交联作用。通过obc与sebs互相交联，提高交联度，形成连续的柔性网络结构，提高复合相变材料的封装性能和柔韧性，减少使用时的界面热阻；4、2.膨胀石墨eg作为碳基多孔材料，具有导热系数高、孔隙结构丰富等优点。将eg添加到相变材料内，不仅可以提升相变材料的导热性能，且可以起到优异的封装作用，避免液态相变材料泄露。5、3.石蜡pw作为相变材料，具有价格低、储热密度高、稳定性好等优点，广泛应用在中低温相变储热、控温领域。6、因此，通过在石蜡pw中添加sebs、obc和eg，可以同时提升相变材料的柔韧性、导热系数和防泄漏性能。7、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：8、一种柔性复合相变材料，以氢化苯乙烯丁二烯嵌段共聚物sebs为柔性链段、烯烃嵌段共聚物obc作为柔性交联增强材料、石蜡pw为相变材料、膨胀石墨eg作为多孔导热基体材料，通过熔融共混热压，得到柔性复合相变材料pw/sebs/obc/eg。具体制备方法如下：9、步骤1，将一定量的可膨胀石墨粉置于氧化铝坩埚中，采用微波法进行热处理，获得膨胀石墨eg；步骤2，将一定质量的石蜡置于烧杯中，加热使之完全熔化后，加入一定比例的烯烃嵌段共聚物obc，在一定条件下持续搅拌，使之完全熔融共混，获得pw/obc混合物；步骤3，在pw/obc混合物中，加入一定比例的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物sebs，在一定条件下持续搅拌，使之完全熔融共混，获得pw/sebs/obc混合物；步骤4，在pw/sebs/obc混合物中，加入一定比例的膨胀石墨eg，在一定条件下持续搅拌，使之完全均匀，获得pw/sebs/obc/eg原材料；步骤5，将pw/sebs/obc/eg原材料置入模具中，在一定条件下进行压制，获得pw/sebs/obc/eg块体即制得柔性复合相变材料。10、所述步骤1中可膨胀石墨的热处理条件为，800w加热功率下，持续加热30～32s；所述步骤2中pw/obc混合物的制备条件为，加热温度160～170℃，搅拌速率85～95rpm，搅拌时间2～2.5h；所述步骤3中pw/sebs/obc混合物的制备条件为，加热温度160～170℃，初始搅拌速率为50rpm，搅拌速率提升速率为50rpm/10min，最终搅拌速率为200rpm，并在最终搅拌速率下持续搅拌30～40min；所述步骤4中，搅拌的条件为，搅拌温度为160～170℃，搅拌速率为190～210rpm，搅拌时间为30～40min；所述步骤5中，热压条件为，热压初始温度为160～170℃，自然冷却至60℃以下，热压时间为30～40min。11、本发明经dsc、平面导热仪、防泄漏测试、弯曲测试等，具有以下特点：12、经dsc测试可知，本发明所制备的pw/sebs/obc/eg柔性复合相变材料熔融温度在62.06～63.54℃之间，熔融焓在124.84～136.14j/g之间；结晶温度在59.6～60.4℃之间，结晶焓在122.21～132.42j/g之间；13、经导热测试可知，本发明所制备的pw/sebs/obc/eg柔性复合相变材料具有良好的导热性能，导热系数在3.07～4.54w/(m·k)之间；14、经过防泄露测试可知，本发明所制备的pw/sebs/obc/eg柔性复合相变材料具有良好的防泄漏性能，在80℃下循环100次未发生明显泄漏；15、经弯曲测试可知，本/发明所制备的pw/sebs/obceg柔性复合相变材料在相变温度下具有良好的柔性性能，弯曲时没有出现断裂现象。16、同时，本发明还保护所述的柔性复合相变材料在太阳能温差发电中的应用。所述应用的太阳能温差发电系统包括太阳能真空集热管、柔性复合相变材料、温差发电装置和散热翅片。所述太阳能真空集热管包括玻璃外管1和金属内管6；在金属内管6面向光照的外表面，依次安装温差发电装置3、柔性复合相变材料2；在柔性复合相变材料2的外表面涂有选择性吸收涂层，强化太阳能的吸收；在温差发电装置3和柔性复合相变材料2的端面覆盖绝热保温层4，减小热损失；在金属内管6内对应温差发电装置的区域布置散热翅片5，强化温差发电装置3的冷端和金属内管6内的冷却水之间的换热，提高发电性能。17、所述应用系统的工作过程如下：在有光照时，太阳辐射能先被柔性复合相变材料2表面的选择性吸收涂层吸收、转换成热能后，被柔性复合相变材料2吸收并存储，同时柔性复合相变材料2释放部分热能给温差发电装置3驱动其对外输出电能，发电的废热用于加热金属内管6内的冷却水，实现热电联产；当无光照时，柔性复合相变材料2内储存的热量持续给温差发电装置3提供热能，维持温差发电装置3持续对外输出电能，发电的废热用于加热金属内管6内的冷却水，实现热电联产。该应用系统借助柔性复合相变材料的储热功能和温差发电装置的发电功能，使得传统的太阳能热水器具有24小时连续的热电联产特性，显著提高太阳能的利用率。18、因此，本发明相对于现有技术，具有以下优点：19、1.本发明以sebs与obc相互交联，形成柔性网络结构，增强封装性能和力学性能，可根据应用需求弯曲形状，与其他材料紧密贴合，提升传热效率；20、2.采用eg作为导热基体材料，构建连续的导热网络，使复合材料具备高的热响应速率，且eg的加入增强了材料封装性能和高抗压性能；21、3.pw/sebs/obc/eg柔性复合相变材料制备工艺简单，热压时间短，可迅速成型，且具有优秀的热稳定性能和循环稳定性能；22、4.本发明制备的pw/sebs/obc/eg柔性复合相变材料不仅具有较高热导率，其导热系数在3.07～4.54w/(m·k)之间；同时还具有较高的相变潜热，熔融焓为124.84～136.14j/g，结晶焓为122.21～132.42j/g；23、5.本发明所述的柔性复合相变材料在太阳能温差发电中的应用，借助柔性复合相变材料的储热功能和温差发电装置的发电功能，使得传统的太阳能热水器具有24小时连续的热电联产特性，显著提高太阳能的利用率。当前第1页12当前第1页12
技术特征：1.一种柔性复合相变材料，其特征在于：所述的柔性复合相变材料pw/sebs/obc/eg以氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物sebs为柔性链段、烯烃嵌段共聚物obc作为柔性弹性体、石蜡pw为相变材料、膨胀石墨eg作为多孔导热基体材料，通过熔融共混法制备。
2.根据权利要求1所述的柔性复合相变材料，其特征在于：以氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物sebs、烯烃嵌段共聚物obc和膨胀石墨eg共同起到对相变材料的定型和封装作用，避免液体相变材料泄露。
3.根据权利要求1所述的柔性复合相变材料，其特征在于：通过添加以氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物sebs、烯烃嵌段共聚物obc为材料提供柔性，通过添加膨胀石墨eg为材料提供高导热性。
4.根据权利要求1所述的柔性复合相变材料，其特征在于：所述柔性复合相变材料的相变温度为62.06～63.54℃，相变潜热为124.84-136.14j/g，结晶温度为59.6～60.4℃，结晶焓为122.21～132.42j/g，导热系数为3.07-4.54w/(m·k)。
5.根据权利要求1所述的一种柔性复合相变材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中可膨胀石墨粉的热处理条件为，800w加热功率下，持续加热30～32s；所述步骤2中pw/obc混合物的制备条件为，加热温度160～170℃，搅拌速率85-95rpm，搅拌时间2～2.5h；所述步骤3中pw/sebs/obc混合物的制备条件为，加热温度160～170℃，初始搅拌速率为50rpm，搅拌速率提升速率为50rpm/10min，最终搅拌速率为200rpm，并在最终搅拌速率下持续搅拌30min-40min；所述步骤4中，搅拌的条件为，搅拌温度为160～170℃，搅拌速率为190～210rpm，搅拌时间为30～40min；所述步骤5中，热压条件为，将pw/sebs/obc/eg原材料加热至温度为160～170℃，自然冷却至60℃以下进行热压，热压时间为30～40min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，石蜡pw与烯烃嵌段共聚物obc的质量比范围为70:3～70:10；所述步骤3中，pw/obc混合物与氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物sebs质量比范围为73:12～80:5；所述步骤4中，膨胀石墨eg的添加量为pw/sebs/obc/eg总质量的15％。
8.一种太阳能温差发电系统，其特征在于：包括太阳能真空集热管、温差发电装置、和散热翅片以及权利要求1所述的柔性复合相变材料；所述太阳能真空集热管包括玻璃外管(1)和金属内管(6)；在金属内管(6)面向光照的外表面，依次安装温差发电装置(3)和柔性复合相变材料(2)；在柔性复合相变材料(2)的外表面涂有选择性吸收涂层，强化太阳能的吸收；在温差发电装置(3)和柔性复合相变材料(2)的端面覆盖绝热保温层(4)，减小热损失；金属内管(6)内对应温差发电装置的区域布置散热翅片(5)，强化温差发电装置(3)的冷端和金属管(6)内的冷却水之间的换热，提高发电性能。
9.根据权利要求8所述的太阳能温差发电系统，其特征在于：在有光照时，太阳辐射能先被柔性复合相变材料(2)表面的选择性吸收涂层吸收、转换成热能后，被柔性复合相变材料(2)吸收并存储，同时柔性复合相变材料(2)释放部分热能给温差发电装置(3)驱动其对外输出电能，发电的废热用于加热金属内管(6)内的冷却水，实现热电联产；当无光照时，柔性复合相变材料(2)内储存的热量持续给温差发电装置(3)提供热能，维持温差发电装置(3)持续对外输出电能，发电的废热用于加热金属内管(6)内的冷却水，实现热电联产。
10.根据权利要求8所述的太阳能温差发电系统，其特征在于：借助柔性复合相变材料的储热功能和温差发电装置的发电功能，使得传统的太阳能热水器具有24小时连续的热电联产特性，显著提高太阳能的利用率。
技术总结本发明公开了一种柔性复合相变材料、制备方法及其应用的太阳能温差发电系统，所述柔性复合相变材料是以氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物SEBS为耐温耐老化柔性基体、烯烃嵌段共聚物OBC作为柔性弹性体、石蜡PW为相变材料、膨胀石墨EG作为多孔导热增强材料，通过熔融共混法制备并经热压制成型；材料具有自封装性能，可避免石蜡在熔化状态下发生泄露；且在石蜡熔融状态下具有良好的柔韧性和弯曲性能。柔性复合相变材料，其相变温度为62.06～63.54℃，相变潜热为124.84～136.14J/g，导热系数为3.07～4.54W/(m·K)。所述太阳能温差发电系统由柔性复合相变材料与温差发电装置、散热器、防水涂层及太阳能热水器组成，可以同时利用太阳能进行太阳能温差发电和热水生产，实现高效光‑热‑电转换。
技术研发人员：陶于兵,王思琪,郝帅,何源
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：技术公布日：2024/12/17
