变相储能材料的研究及应用展望

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1、变相储能材料的研究及应用展望摘要：本文综述了相变储能材料的研究状况，介绍了相变储能材料的特点及种类，指出了相变储能材料在一些领域的应用及未来的发展趋势。关键字：相变材料；储能；相变；应用引言能源是人类赖以生存和发展的前提，是人类社会实现可持续性发展的必由之路。随着科学技术的发展，人类对能源的需求日益增加，但同时对能源的利用率却不是很高，从而造成能源的供给渐趋紧张。因此，如何开发新的能源并合理利用它，已成为非常重要的问题。相变储能是提高能源利用效率的重要技术，利用相变材料的相变储能来实现能量的储存和利用。有利于提高能效和开发可再生能源。是近年来能源利用及材料科学领域中

2、一个十分活跃的前沿研究方向。作为相变材料主要应满足的要求有：合乎需要的相变温度，足够大的相变热，性能稳定，可反复使用；相变时的膨胀收缩性小；导热性好，相变速度快；相变可逆性好；原料价廉易得等。1．变储能材料的种类相变储能材料是指在其相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换（从外界环境吸收热能或者向外界环境放出热量），从而达到控制环境温度和利用能量的目的的材料。相变储能材料按相变温度的范围分为：高温、中温、低温储能材料，按材料的组成成分可分为无机类和有机类（包括高分子）储能材料。通常相变材料是由多组分构成的，包括主储热剂、相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂、相变促进剂

3、等组分。据相变材料相变过程的形态不同又可分为固-固、固-液、液-气、固-气等四种。由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量立体的存在，使材料体积变化较大，所以在实际应用中很少被选中。固-固相变和固-液相变是我们重点研究的对象。1．1固-液相变储能材料1．1．1无机类无机类固-液相变储能材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等。其中最典型的是结晶水合盐类，他们有较大的熔解热和固定的熔点（实际是脱出洁净水的温度；脱出的结晶水使盐溶解而吸热，将问世起发生逆过程，吸收结晶水而放热）无机水合盐类通常是中、低温相变储能材料中的重要一类，有如下的优点：使用范围广、导热系数

4、大（与有机类相变材料相比）、融解热较大、密度大（即单位体积得储热密度大）、一般呈中性、价格较便宜。无机水合盐具有较大的熔解热和固定的熔点，是中低温相变材料中重要的一类。主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等。最典型的是结晶水合盐类，这类材料具有熔化热大、导热系数高、相变时体积变化小等优点。使用较多的主要有碱及碱上金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐等。洁净水和眼泪像变储能材料由于具有溶解热大、导热系数高、相变体积小、价格较便宜等优点而广泛使用。但是，这类材料易出现过冷和相分离现象。过冷现象是指物质冷凝到冷凝点时并不结晶，而须到冷凝点以下的一定温

5、度时方开始结晶，致使相变温度发生波动。过冷现象与材料性质、冷却速度及杂质种类和含量有关，要防止过冷现象常选用过冷倾向小、熔点比相变材料略高、组成与性质接近相变材料的化合物。相分离现象是指在多次反复的相变过程中，常导致盐水分离，有部分盐类不溶于结晶水而沉于底部，不再与结晶水结合，形成分层现象，导致储能能力大幅度下降，缩短了使用周期。为此，需加入防相分离剂。为适合应用的要求，需加入柔软剂。如硅酸钠、聚丙烯酰胺、甘油等。为调节相变温度，可以采用混合相变材料，如不同摩尔比的水合硫酸钠和水合碳酸钠，可调节24~32。℃相变点。1．1．2有机类这类相变材料常用的有：高级脂肪烃类

6、、脂肪酸或其酯或盐类、醇类、芳香烃类、芳香酮类、酰胺类、氟利昂类和多羟基碳酸类等，另外高分子类有：聚烯烃类、聚多元醇类、聚烯醇类、聚烯酸类、聚酰胺类以及其他的一些高分子。其中典型的有：尿素、CnH2n+2CnH2nO2、C10H8、CFC、PE、PEG、PMA、PA等。同系有机物的相变温度和相变焓一般随其碳链的增长而增加。因此，通过改变碳链的长度能得到不同相变温度的储能材料，但碳链的增长，相变温度的增加值逐渐减小。高分子化合物类的相变材料是有一定分子量分布的混合物，且分子链较长，结晶并不完全，因此其相变过程有一个熔融温度范围。高分子化合物类的相变材料，由于它是具有一

7、定分子量分布的混合物，并且由于分子链较长，结晶并不完全，因此它的相变过程有一个熔融温度范围，而不象低分子量的物质有一个熔融尖峰。有机类相变材料具有的优点有：在固体状态时成型性较好，一般不容易出现过冷现象和相分离、材料的腐蚀性较小，性能比较稳定，毒性小，成本低；同时该类材料也存在着如下的缺点：导热系数小、密度较小、从而单位体积的储能能力较小，并且有机物一般熔点较低，不是于高温场合中应用，且易挥发，易燃烧甚至爆炸或被空气中的氧气缓慢氧化而老化。1．2固-固相变储能材料1．2．1多元醇类固-固相变储能材料中多元醇类的实际应用更为广泛。多元醇类相变材料主要有季戊四醇（P