相变贮能材料的研究进展

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相 变 贮 能 材 料 的 研 究 进 展
宫惠峰 口寇 ｗ ｔ 手
（ 邢台职业技术学院 环保系，河北 邢台 ０４３ ５０５）
摘 要：本文综述 了固一 固相 变贮能材料 的研 究现状，详细讨论 了其分类 、性 能及优缺点，展望 了该领域 的研 究 发展 前景 。 关键 词：相变贮能； 固相变； 固一 固一 液相 变 中图分类号 ：＿ １ ． 『 ３１ ＱＯ 文献标识码：Ａ 文章 编号ｌ ０ ８ ６ ２ ２ ０ ）Ｏ一ｏ ３ 一Ｏ １０ － １９（ ０ ６ １ ｏ３ ３
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第２卷 第 １ ３ 期
２０ ０ ６年 ２月
邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊｕ ａ ｆ ｎ ｔｉ ｃ ｔ ｎ ｌ ｎ ｅ ｈ ｉａ ｌ ｇ ｏ ｒｌ ｏ Ｘｉｇａ ａｉ ａ ｄＴ ｃ ｎｃ ｌ ｌ ｅ ｎ Ｖｏ ｏ ａ Ｃｏ ｅ
一
相变材料应具有以下几个特点：凝固熔化温度窄，相
变热高 ，导热率高，比热大 ，凝 固时无 过冷或过冷度极小， 化学性能稳定 ，室温下蒸汽压低。 相变贮能材料分类如下： １ ．固一 液相变贮 能材料 理想的 固—液相变材 料应具有 以下特点 ：（ ）熔化潜 １ 热高 ，从而能在相变中储存或放 出较多热量 ；（ ）相变温 ２ 度适 当；（ ）固一液相变可逆性好 ，尽量不 出现过冷和 过 ３ 热现象 ；（ ）固一液两相导热系数大 ；（ ）相变过程 中有 ４ ５ 较小 的膨胀收缩性 ；（ ）相变材料密度 大、比热容大 ：（ ） ６ ７
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在特定的条件下加以释放和利用的材料，因而可以实现能
量 供应 与人们 需求 一致 性 的 目的， 并达到 节能 降耗 的作 用 。正是这一特 性，决定 了贮 能材料 必须具有可逆性好 、 贮 能密度高 、可操作性强的特 点 按贮能方式划分，贮 能材料一般可分为：显热式 、潜 热式和化学能转化式三大类 。显热贮 能材料虽然在操作性 方面 比较简 单方 便，但 是，材料 自身的温度 也在 不断变化， 其释能的诱导条件来源 于周围环境 。因此，无法达到控制
点研究的对象。 贮能材料，按照相变温度范围分为高、中、
低温贮 能材料 ；按照其成分 又大 致可分为无机 物、有机物 （ 括高分子） 包 、复合贮 能材料 。无机 Ｐ Ｍ包 括结晶水合盐、 Ｃ 熔融盐 、金属合金和其他无机物；有机类 Ｐ Ｍ包括石蜡 、 Ｃ 酸、酯和其他有机物 ； 复合 Ｐ Ｍ主要是有机和无机共 融 Ｐ Ｍ Ｃ Ｃ 的混合物 。 通常 ， 相变材料是 由多组成份构成 的，包括 主储热剂、 相变 点调整剂 、防过冷剂、防相分离剂、相变促进剂等 。
无毒、无腐蚀性；（ ）成本低，制造方便。实际研制过程 ８
中，要找到同时满足 以上所有条件的材料非常 困难 ，所 以 人们往往首先考虑有合适的相变温度和较大 的相变热 的材 料 ，然后再考虑其他因素 。 目前 国内外研制的作为 固一液相变材料 主要包括结晶 水合盐类和有机物两种 。结晶水合盐类是 中、低温 相变贮 能材料 中的重要类型，其相变温度一般在Ｏ １Ｏ ℃之 间 一 ５ 不等，具有较大的融解热和固定的熔 点。它们 具有 使用范 围广 、导热系数大 、融解热较大、贮热密度 大、相变体积 变化小 、一般呈中性 、毒性小 、 格便宜等优 点。但是，这 价 类材料通常存在两个 问题，一是过冷现象 ，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 度时才开始结 晶， 同时使温度迅速上 升到 冷凝点 。这就促 使物质不 能及 时发生相变，造成结 晶点滞 后，成核率降
环境温度的 目的， 并且该类材 料贮 能密度较低，装置体积 大，因此它的应用价 值不 是很 高。化学反应贮能是利用可 逆化学反应 的反应热 来进 行贮 能的，这种方式的贮能密度 虽然较大，但是 技术复杂 并且操作性不强， 目前仅在太阳 能领域受到重视，离实 际应用 尚较远 。而潜热贮能 （ 也叫 相变贮 能）是利用材料在相变 时吸热或放热来储能或释能 的 。相变物质 （ｈ ｓ ｈｎ ｅＭ ｔ ｒ ａ ， Ｐ ａ ｅＣ ａ ｇ ａ ｅ ｉ ｌ简称ＰＭ 在其物相 Ｃ） 变化过程 （ 熔化或凝 固） 中，可以从环境吸收 （ 出） 放 热量或 放出（ 吸收） 热量 ，使用相变材料可 以将暂时不用的能量储 存起来， 在需要时再释放 出来， 从而达到能量储存和释放的 目的。 这种材料不仅 能量密度较 高，而且所用装置简单 、 体积小 、设计灵活、使用方便且易于管理 另外，它还有 个很大 的优点，就是这类材料在相变贮能过程中温度 几 乎不变 ，而吸收 （ 释放） 的能量却相 当大 ，利用此特性不仅 可制造 出各种提 高能源利用率 的设施 ，同时 由于其相变时 温度近似恒定 ，可 以用于 自动调整控制周围环境的温度， 并且可 以多次重复使用 。因此在这三大类贮能材料中，潜 热贮能最具有实际发展前途，也是 目前应用最多和 最重要 的贮能方式 。 二 、相变贮能材料发展现状 ２ 世纪３ 年代 以来 ， 别是受８ 年代能源危机 的影 响， Ｏ Ｏ 特 ０ 相变贮能（ＴＳ 的基础理论和应用技术研究在发达国家 ＬＥ ） （ 如美 国、加拿 大、 日本 、德 国等） 迅速崛起并得到不断发 展 。材料科学、太阳能、航天技术 、工程热物理、建筑物 空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发 展为Ｌ Ｅ 研究和应用创造了条件 。Ｌ Ｅ 具有贮能密度高， ＴＳ ＴＳ 储热放热近似等温，过程易控制 的特点 。相变贮能是节能 和有效利用新能源的重要途径 。 提高贮能系统的相 变速率 、 热效率、贮能密度和长期稳定型是 目 前面临的重要课题。 三、相变材料的分类、特点 相变贮能材料根据相变形式 、 变过程主 要分 为固一 相 固
前言 当今世 界能源危机 日趋加剧 ，如何节约能源和更加有 效利用 能源 成为人们追求 的 目标和 研究的热点，贮能材料 就 是能将 一定形式的能量在特定 的条件下贮 存起 来，并能
一
、
相变 、固一 液相变 、固一 气相变及液一 气相变四类。由于后两 种相变 方式在相变过程 中伴 随有 火量气体 的存 在 ，使材料 体积变化 较大 ，因此尽管它们有 很大的相变焓 ，但在实际 应用 中很 少被选用 ，因而 固一 固相变 、固一 液相 变是我们重