第3章 新型储热材料
新型相变贮热材料
新型相变贮热材料--------------------------------------------------------------------------------在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调领域中，为了调整热能供应与人们需求之间的不一致，热能的贮存是极为关键的一环。
目前普遍使用的贮热方式有两大类：显热式贮热和潜热式贮热。
所谓显热式贮热，就是通过加热介质，使其温度升高而贮热，它也叫“热容式贮热”。
潜热式贮热是利用贮热介质被加热到相变温度时吸收大量相变热而贮热，它也叫“相变式”贮热。
物质由固态转变为液态(熔解)，由液态转变为气态(气化)，或由固态直接转变为气态(升华)，都会吸收相变热；而进行逆过程时则释放相变热。
这是潜热式贮热所依据的基本原理，在没有专门说明时，“相变式贮热”一般是指固液相变贮热。
与显热式贮热相比，潜热式贮热有两大明显优点：贮热密度大，即可以用很小的体积贮存很多的热能；吸热过程和放热过程几乎是在恒温条件下进行，有利于与热源和负载相配合。
传统的相变贮热材料主要有用于常、中温贮热的部分水合盐及某些有机物(石蜡、脂肪酸等)和用于高温贮热的熔盐。
水合盐因易于获取、成本较低且贮热密度大而一度被认为是较理想的相变贮热介质，但这种材料有两大缺点：过冷和析晶。
前者指相变材料在经历一定次数的相变过程后不能在预定温度下发生相变；后者则指相变材料出现分层现象，导致相变潜热降低。
另外，尽管水合盐材料本身费用较低，但为了防止其中水分减少引起相变潜热降低，所用容器必须密封，而且许多水合盐对容器有腐蚀性，这些就大大增加了投资。
如在加拿大，CaCl2·6H2O每吨价格只有90美元，而以其作为相变材料制成的贮能模块每吨零售价达3000美元。
有机相变材料本身成本虽然较水合盐为高，但它们无过冷现象，比较稳定，对容器要求较低，故贮热器总成本并不高。
但有机相变材料的导热系数偏低，为了达到较高的换热效率需要对换热器进行特殊设计。
储热材料与技术课程
储热材料与技术课程（原创实用版）目录1.储热材料的定义和分类2.储热技术的发展和应用3.储热材料的性能要求和评价标准4.储热技术的未来发展趋势正文储热材料与技术课程主要探讨了储热材料的定义、分类、性能要求、评价标准以及储热技术在各个领域的发展和应用。
通过本课程的学习，可以对储热材料和技术有一个全面的了解，为进一步研究和应用提供理论基础。
一、储热材料的定义和分类储热材料是指能够在低温环境下吸收热量并在高温环境下释放热量的材料。
根据储热方式的不同，储热材料可分为显热储热材料和隐热储热材料。
显热储热材料通过本身的温度变化来储存和释放热量，如水、岩石等；隐热储热材料则通过物质的相变（如熔化、凝固）来储存和释放热量，如盐、氧化铁等。
二、储热技术的发展和应用储热技术是一种绿色、可再生的能源利用方式，可以实现太阳能、废热等低品位热能的高效利用。
近年来，储热技术在我国得到了广泛关注和快速发展，已经在多个领域取得了实际应用，如太阳能热水器、工业废热回收、建筑节能等。
三、储热材料的性能要求和评价标准作为储热材料，需要具备较高的热容量、导热系数、稳定性和耐久性等性能。
评价储热材料性能的指标主要有热导率、比热容、密度、相变温度、循环寿命等。
为了满足不同应用场景的需求，还需针对具体性能指标进行优化和调整。
四、储热技术的未来发展趋势随着全球能源危机和环境问题日益严重，储热技术在节能减排领域的应用将越来越广泛。
未来，储热技术将继续向高效、低成本、长寿命等方向发展，以满足不断增长的市场需求。
此外，新型储热材料的研发和应用也将为储热技术带来更多的创新和突破。
相变储热材料的发展概况及展望
相变储热材料的发展概况及展望本文系统概括了相变储热材料的发展概况，介绍了相变储热材料的分类、性能和应用，并对其未来的发展进行了展望。
标签：相变材料相变储热能源能源是人类赖以生存的基础。
随着现代工业的迅速发展，人们对能源的需求量越来越大，迫切需要全球各国不断开发和利用新能源。
在此过程中，虽然新能源在不断被开发，但是我们对能源的利用在许多情况下都未达到合理化，致使大量能源被浪费。
因此，提高能源的利用率很有必要。
储热技术可用于解决热能供给和需求失配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。
储热技术主要包括显热、潜热和反应热3种储热方式。
其中，以相变材料（Phase Change Material，PCM）的固-固、固-液相变潜热来储存热量的潜热型热能储存方式最为普遍，也最为重要。
其优点为：储热密度大、储放热过程近似等温和过程容易控制等[1]。
固-固相变储热材料和固-液相变储热材料是目前应用较为广泛的相变储热材料。
固-液相变材料存在过冷和相分离现象，从而导致储热性能恶化，具有腐蚀性等缺点。
固-固相变材料在发生相变前后固体的晶格结构改变而放热吸热，与固-液相变储热材料相比，固-固相变储热材料具有稳定性好、腐蚀性小、装置简单等特点[2]。
一、相变储热材料分类及应用1.相变储热材料分类相变储热材料主要有固-固和固-液型两类，其中固-液相变储热材料根据使用温度范围，又可分为高温型和低温型储热材料，或者根据材料类型，又可分为有机型和无机型储热材料；固-固相变储热材料主要有3大类，分别是高分子类、多元醇类和层状钙钛矿类。
1.1固-固相变储热材料高分子类相变储热材料主要是一些高分子的聚合物。
如聚烯烃类、聚缩醛类等。
目前最常见的是聚乙烯。
这种材料一般不产生过冷或相分离现象，结晶度高，导热率高，物美价廉。
多元醇类相变储热材料主要有季戊四醇（PE）、2，2-二羟甲基-丙醇（PG）、新戊二醇（NPG）、三羟甲基乙烷（TMP）等。
太阳热能储存新材料
太 阳热能 储存 新材 料
据美国《 连线》 杂志报道， 日前美国研究 驱 动蒸 汽发 电机发 电 。 但这 种材 料 的缺点 在 于 ， 含 的钌 元 素 所 人员开发出一种新材料， 能够按需储存和释 放热能 。以这种 材料制成 的储热设 备不但 稀有且昂贵 ， 由其制成的储热设备在 能量 且 能 量存 储密 度 大 ， 还具 有 成本 低 、 输 方便 、 密 度上 还 不 及 传 统 锂 离 子 电 池 。这 使 这 项 运 储 能 时 间长 的特点 ， 望 开创 一 种捕 获 和 存 技术一 直无法 获得 大规模应 用 。 有 日前 ， 罗斯曼 和他 的 同事 艾 拉 克斯 ・ 格 储太阳能的全新方式 。相关论文发表在《 纳 库 帕克 借 助 碳 纳 米 管对 这 一 技 术 进 行 了 完 米快报》 杂志上。
子也 会 恢 复 为 放 热 前 的形 态 。这 一 过 程 可 达 ６ ０瓦 小 时／ ， 过 了 传 统 锂 离 子 电池 ９ 升 超
以不断重复。通过这 种方法可在 甲地存储 （０ — ０ ２０ ６０瓦小日／ ） 相对 于仅采用偶 氮 寸升 ，
热量 ， 乙地释放热量 ； 也可 以用产生 的热量 苯的能量密度 （０瓦小时／ ） 也获得了极 ９ 升 ，
模 拟 血 管 结构 的 复合 材料
为了制造这些小管道 ， 科学家们对一些 从生物的循环 系统获取灵感 ， 研发出了类似 特殊纤 维进行 了处理 ， 让它们 在高 温下 降 于血管结构的复合材料 ， 其可用于制造能 自 解 ， 当温度 进 一 步 升 高 时 ， 些 被 降 解 的纤 这 我愈合 、 自我 冷 却 的轻 质 而 坚 硬 的材 料 、 像 维会 蒸发 ， 留下细小 的管 道 。 只 树 一样 运 送 物 质 和 能 量 的动 力 材 料 以 及 超 最新材 料有 一个 显 著 的 特征 ， 只需 让 不 材 料等 。相 关研 究 发表 在 最新 一 期 《 进 材 同 的液体在 该材 料 内循 环 ， 就 具 备 多功 能 先 其 料 》 志上 。 杂 性 。科 学 家们 让 不 同 的 液 体 在 复合 材 料 内 复合材料是两种或更多材料的结合体 ， 循 环 ， 演示 了其 四种 功 能 ： 温度 调 节 、 学 反 化 其拥有 多种材 料的性能 。复合材料既轻质 应 、 电和改 变 电磁 特 征 。他们 通 过 让 冷 却 导 又坚硬 ， 因此 ， 非常适 合做结构材料。很 多 剂 或热 流体 在其 中循 环 以调节 温 度 ； 化 学 将 复合 材 料都是 靠 纤 维 增 加强 度 的 ， 由嵌 入树 物 质 注入不 同 的血管 分 支 中 ， 让其 混 合 在 一 脂 内的 编织 纤 维 网制 成 ， 比如 石 墨 、 璃 纤 起 产生 了一个 冷光 反 应 ； 过使 用 能 导 电 的 玻 通 维、 合成纤维凯芙拉等都可用作嵌人材料。 液体从而使该材料具备 了导 电性。通过使 伊 利 诺 斯 大学 的 科 学 家 利 用 新 方 法 制 用铁 磁 铃 （ 种 具 有 极 强 渗 透 性 的 纳 米 流 一 造 出的这种复合材料 ， 内部含有便 于液体 体 ， 其 在磁场作用下会呈现强磁化状态 ） 变 改 或气体 流动的细小管道 ， 这些细小管道 能在 了其 电磁特 征 。 这 种 复合 材料 内形成 一 个 毛 细 管 网络 ， 像 就 接下来 ， 学家 们 希望 研 发 出 相互 连 接 科 的管 道 网络 ， 以便 研 制 出可 自我 愈 合 、 自我 树 内的脉 管 网 络 一 样 。参 与 该 研 究 的 伊 利 诺斯大学化学 、 材料科学及工程专业教授杰 冷却的聚合物或燃料 电池等。 弗里 ・ 尔 表 示 ， 树 是 不 可思 议 的 结 构 材 摩 “ 该 研究 的合作 者 、 料 科 学 与 工程 和航 材 料， 它们能像水泵 一样 吸人 液体 ， 从根 部朝 空航天工程教授南希 ・ 索托斯表示 ： 这不 “ 仅 是一 个微 流路 设备 ， 也不 仅 是 芯 片上 的小 叶子运送物质 和能量。我们 也希望 能研 制 这 出具有同样功能的材料 ， 现在已经迈出 了第 玩 意 ， 种 结构材 料 能模 拟 生 物 系统 的很 多 步 ｏ ” 功 能 ， 是 一个 巨大 的进步 。 这 ”
固体氧化镁储热材料
固体氧化镁储热材料1.引言1.1 概述固体氧化镁储热材料是一种能够高效储存和释放热能的新型材料。
它具有许多优点，如高储能密度、长周期稳定性以及无污染等特点，因此在可再生能源储能系统和热管理领域得到广泛应用。
固体氧化镁储热材料的原理是通过高温下吸热反应和低温下放热反应来实现热能的储存和释放。
在吸热反应中，固体氧化镁材料会吸收大量热量并发生结构相变，将热能储存为化学能；而在放热反应中，固体氧化镁材料通过逆向的结构相变过程释放储存的热能。
为了实现高效的热能储存和释放，固体氧化镁材料的制备方法也得到了广泛研究和发展。
常用的制备方法包括固相法、溶胶–凝胶法、等离子体喷雾法等。
这些方法能够控制材料的物相结构、晶粒大小以及化学成分等特征，从而影响储热性能和循环稳定性。
固体氧化镁储热材料的应用前景广阔。
它可以应用于太阳能储能系统、工业余热回收利用、建筑节能以及电力供需平衡等领域。
这些应用将有助于提高能源利用效率，降低能源消耗，减少对化石能源的依赖，并缓解温室气体的排放，从而为可持续发展做出贡献。
然而，固体氧化镁储热材料的发展还面临一些挑战。
例如，目前材料的循环寿命较短，储能和释能的效率有待进一步提高，材料的制备工艺和成本也需要优化。
因此，未来的研究重点应放在提高材料的循环稳定性和储能性能，探索新的制备方法，减少材料成本，并更好地满足实际应用的需求。
总之，固体氧化镁储热材料作为一种高效能量储存材料，在可再生能源储能系统和热管理领域具有广泛的应用前景。
通过持续的研究和创新，我们有望进一步提高固体氧化镁储热材料的性能，实现可持续能源的有效利用。
1.2 文章结构文章结构部分应包括文章主要内容的分布和组织方式的介绍。
在本文中，文章结构可以按照以下方式进行描述：本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分（1.1）将对固体氧化镁储热材料进行概述，介绍其背景和重要性，为读者提供研究的基本背景和前景。
正文部分（2）将主要涵盖固体氧化镁储热材料的基本原理和制备方法两个方面。
高密度铁基合金储热材料
高密度铁基合金储热材料1.引言1.1 概述概述部分的内容可以根据以下几个方面进行撰写：高密度铁基合金储热材料是一种具有重要应用前景的新型材料。
它以铁为主要成分，通过合理的配比和工艺处理，使得材料具备了储热的优异性能。
储热材料的主要作用是在需要储存和释放能量的过程中，起到调节和平衡能量的作用。
在能源储存和利用的领域中，高密度铁基合金储热材料具有广阔的应用前景。
首先，高密度铁基合金储热材料具有较高的储热密度。
与传统储热材料相比，铁基合金材料的储热密度更高，意味着单位体积内可以储存更多的热能。
这种高储热密度的特点使得高密度铁基合金储热材料在储能领域具备更广泛的应用空间。
其次，高密度铁基合金储热材料具有良好的热传导性能。
铁作为良好的导热材料，可以有效地传导和散发热能，从而实现储热和释放的过程。
这种优异的热传导性能使得高密度铁基合金储热材料能够更快速地进行能量储存和释放，提高能源利用效率。
此外，高密度铁基合金储热材料还具有一定的化学稳定性和耐腐蚀性。
在高温和复杂环境中，储热材料需要保持稳定的性能，以确保储热系统的长期稳定运行。
铁基合金材料具有较好的化学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣环境下保持良好的性能，延长储热系统的使用寿命。
综上所述，高密度铁基合金储热材料是一种具有重要应用前景的新型材料。
其高储热密度、良好的热传导性能以及化学稳定性和耐腐蚀性，使得它在能源储存和利用领域具备广泛的应用领域。
下面将会详细介绍高密度铁基合金储热材料的特点和应用领域。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以写成如下形式：文章结构：本文主要分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分主要对高密度铁基合金储热材料进行概述，介绍其在能源储存领域的重要性和应用前景。
随后，文章提出了研究的目的，即通过深入分析高密度铁基合金储热材料的特点和应用领域，为进一步研究和促进该领域的发展提供指导和思路。
正文部分将着重讨论高密度铁基合金储热材料的特点和应用领域。
复合纳米相变储热材料
复合纳米相变储热材料复合纳米相变储热材料是一种新型的能源储存材料，它可以在储存过程中吸收或释放大量的能量。
相变储热材料的特点是在相变过程中，能量的储存密度更高，相较于传统的储热材料，具有更大的潜在应用前景。
本文将对复合纳米相变储热材料的结构、性能和应用进行详细介绍。
复合纳米相变储热材料是一种由基础相变材料和纳米材料组成的复合体系。
相变材料主要有相变温度突变的特性，可以在相变过程中吸热或放热。
而纳米材料的加入可以增加材料的导热性能，提高了储热和释热速率。
这种复合材料具有较高的能量密度和较快的热传导速率，可以在短时间内完成储热和释热过程。
复合纳米相变储热材料的性能取决于相变材料的选择和纳米材料的加入方式。
相变材料的选择应根据具体的应用需求确定，一般选择具有高储热潜热和良好相变性能的材料，如石蜡、硅油等。
纳米材料的加入可以通过物理混合、表面修饰等方式实现。
常用的纳米材料有纳米颗粒、纳米管、纳米片等。
纳米材料的加入不仅可以提高材料的导热性能，还可以调控相变过程的温度范围和相变潜热，从而优化储热性能。
复合纳米相变储热材料具有多种应用领域。
首先，它可以广泛应用于太阳能热水器和太阳能储能系统中。
在这些系统中，复合纳米相变储热材料可以吸收太阳能并将其储存起来，以供后续使用。
其次，它还可以应用于建筑领域，用于改善建筑物的能源效率。
将复合纳米相变储热材料应用于建筑物的墙壁、屋顶等部位，可以有效地吸收和存储室内外的热量，减少能源的消耗。
此外，复合纳米相变储热材料还可以应用于汽车、电子设备等领域，用于提高能源的利用效率和延长电池的使用时间。
总结起来，复合纳米相变储热材料是一种具有很大应用潜力的能源储存材料。
通过合理选择相变材料和纳米材料，可以优化材料的储热性能。
复合纳米相变储热材料可以在太阳能热水器、建筑领域、汽车等方面发挥重要作用，为节能减排和提高生活质量等方面做出贡献。
然而，目前该领域的研究仍处于起步阶段，还有许多问题需要解决。
储热材料与技术课程
储热材料与技术课程1. 引言储热材料与技术是一门研究如何有效储存和释放热能的学科。
随着能源需求的不断增长和能源转型的推进，储热技术逐渐成为解决能源储存和利用问题的重要手段之一。
本课程旨在介绍储热材料的基本原理、分类和应用，以及相关的储热技术和工程实践。
2. 储热材料的基本原理2.1 储热材料的定义储热材料是指能够吸收、存储和释放热能的物质。
它们通过吸收外界热能将其转化为内部能量，然后在需要时释放出来，实现热能的储存和利用。
2.2 储热材料的分类储热材料可以根据其储热机制和物理性质进行分类。
常见的分类包括：•相变储热材料：通过物质相变（如固液相变、液气相变等）来吸收和释放热能，如蓄热水箱中的蓄热材料。
•化学反应储热材料：通过化学反应吸热和放热来实现储热，如化学热泵中的化学反应储热材料。
•吸附储热材料：通过物质吸附和脱附过程来实现储热，如吸附式制冷机中的吸附剂。
•直接储热材料：直接储存热能的材料，如高温热储石、熔盐等。
2.3 储热材料的应用储热材料广泛应用于能源储存、节能和环境保护等领域。
以下是一些常见的应用：•太阳能热利用：太阳能热水器中的蓄热水箱使用相变储热材料，将太阳能热量储存起来，以供夜间或阴天使用。
•电力系统调峰：储热材料可以用于电力系统的调峰，通过在低负荷时段储存电能，高负荷时段释放电能，平衡电力供需。
•工业废热利用：储热材料可以用于工业废热的回收利用，将废热储存起来，以供生产过程中的热能需求。
•建筑节能：储热材料可以用于建筑节能，通过在夜间储存低峰电能，白天释放热能，减少空调和供暖的能耗。
3. 储热技术3.1 蓄热技术蓄热技术是利用储热材料将热能储存起来的技术。
常见的蓄热技术包括：•蓄热水箱：利用相变储热材料将太阳能热量储存起来，以供夜间或阴天使用。
•蓄热砖墙：利用砖墙的热容量将白天吸收的热量储存起来，以供晚上释放，实现建筑节能。
3.2 储热技术储热技术是将热能储存起来并在需要时释放出来的技术。
太阳能热储存方式
Tm=880.98℃ Δ H=81.23J/g
18
12
16
10
14
8 800 820 840 860
温度（ ℃）
880
900
920
940
12 800
820
840
860
温度（ ℃）
880
900
920
940
18
20
16
热 流率 （mW）
热 流率 （mW）
Tm=882.88℃ Δ H=84.77J/g
14
KF· 4H2O Na2CO3· 10H2O Na2S2O3· 5 H2 O NaOAc· 3 H2 O NH4Al(SO4)2· 12H2O Na2SO4· 10H2O
CaCl2· 6 H2O
29.6
174
1.80
1.49
－
－
表2 部分单元熔融无机盐相变储能材料的热物性能 Table 2 The thermo-physical performances of some single inorganic salts
Mg
560
649
545
368
200
131
表5 部分有机相变储能材料的热物性 Table 5 Thermo-physical performances of some organic phase change materials
熔点(℃) 密度（g/cm3）
潜热(J/g)
相变材 料
石蜡 -12-75.9 0.750－ 0.782(70℃) 225.7－ 267.5
18
16
Tm=882.74℃ Δ H=92.67J/g
12
新型热能存储材料的研究与应用
新型热能存储材料的研究与应用近年来，全球各国为了应对能源危机和环境污染问题，纷纷推进清洁能源产业的发展。
不仅如此，热能储存技术也逐渐成为热门话题，受到越来越多的关注。
而新型热能存储材料的研究与应用则成为了研究的重点。
热能储存技术的应用范围非常广泛，比如在建筑领域，储存太阳能热量可以用来支持供暖和供水等；在工业领域，储存工业余热可以充分利用生产过程中产生的热量。
因此，热能储存技术成为了解决能源和环境问题的重要技术手段。
目前，常规的热能储存材料主要有水、盐等。
然而，这些材料的储能密度较低，储热量也有限。
因此，需要寻找新型的高效储热材料。
一些研究表明，相变储能是一种潜在的高效热能存储方式。
相变储能指的是通过物质的相变过程来实现热量的储存和释放。
在相变储能中，材料从固态到液态（或气态）相变时，需要吸收大量的热量，而相反地，从液态（或气态）到固态相变时，需要释放大量的热量。
相变储能的优点在于其储热密度大、储存效率高、储存温度稳定等方面，这使得其在热能储存技术中具有广阔的应用前景。
随着科技的发展，越来越多的新型热能存储材料被研发出来。
比如，金属有机框架(MOFs)是一种新型多孔性吸附材料，其以金属为核心，中心由有机配体连接，构成了具有结晶性的多孔晶体结构，其具有优异的热能储存性能。
研究人员可以将水分子通过吸附在金属有机框架中的氨基上，利用比传统储存材料高出数倍的吸附量，从而实现高效储能。
与传统材料相比，金属有机框架的储存效率更高，可以提供更多的热能储存容量。
另外，还有基于化学反应储能的新型热能存储材料，如金属氢化物。
金属氢化物可以通过非常简单的化学反应实现热能储存，这种储存方式的优点在于具有较高的热能密度，而且对环境污染较小。
综上所述，新型热能存储材料的研究和应用正在取得重要的进展。
相信在未来的发展中，新型热能存储材料将会得到广泛的应用，并为人类解决能源和环境问题的难题提供更多的支持。
储热材料的研究进展及其应用
-ο} -收稿日期:2007-01-23作者简介:朱教群(1964-),男,湖南双峰人,教授,主要从事能源材料的研究。
储热材料的研究进展及其应用朱教群,张 炳,周卫兵(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉430070)摘 要:综述了储热材料的研究进展和实际应用。
介绍了储热材料的分类以及各类材料的性能、储能机理和优缺点;介绍了一些新型的相变材料,并结合实例探讨了储热材料在太阳能利用、建筑节能等领域的应用;指出了储热材料的研究方向和未来的发展趋势。
关键词:储热;相变材料;热能储存;节能中图分类号:TK513.5 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2007)03-0048-05Research progress and appli ca ti on of ther ma l storage ma ter i a lsZHU J iao 2qun,ZHANG B ing,ZHOU W ei 2bing(State Key Laborat ory of Advanced Technol ogy forMaterials Synthesis and Pr ocessing,W uhan University of Technol ogy,W uhan 430070,China )Abstract:The research p r ogress and p ractical app licati ons of energy st orage materials were widely revie wed,and the classificati on,the perf or mance,the energy st orage mechanis m and the characteristics of phase change materials (PC 2M s )were studied .The app licati ons of PC M s in s olar energy app licati on,architectural energy economy,concentrated air conditi oning and other fields were als o intr oduced .The research directi on and the future devel opment tendency were pointed out .Key words:ther mal st orage;phase change materials;ther mal energy st orage;energy saving0 前 言随着社会的不断发展,人类对能源的需求日益增加,但是能源的供应与需求都有较强的时间性,在很多情况下还不能合理地利用,从而导致能源的大量浪费。
新型储热材料在太阳能热利用中的应用
新型储热材料在太阳能热利用中的应用近年来，一种新型的储热材料正在逐渐得到人们的注视和应用。
它被称为相变储热材料，具有在固液相变时释放或吸收大量热量的特性。
这种材料应用在太阳能热利用领域中，能够有效解决因太阳能的周期性变化而带来的能量存储问题，具有广阔的市场前景和社会意义。
一、相变储热材料的原理相变储热材料，是一种具有固液相变性的物质。
凭借其特殊的结构和物理性质，它可以在特定的温度下从固态转化为液态，从而吸收大量的热量。
同样地，在温度下降时，它也可以从液态转化为固态，释放掉之前吸收的热量。
这种材料的优点是，能够在相对狭窄的温度区间内进行相变，释放或吸收大量的热量。
同时，其稳定性较高，寿命较长，更易于储存和运输。
与传统的热储存材料相比，相变储热材料的储能密度更高，且有较为明显的温度控制作用。
这得益于相变过程所需的潜热（将物质从一种态转变为另一种态所需的热量），其值通常为传统材料的数倍。
此外，相变储热材料的相变温度可以根据具体需求进行调节，从而实现对储热系统的优化。
二、太阳能热利用中相变储热材料的应用太阳能是一种免费、环保的清洁能源，然而，它的能量密度低，且存在昼夜温差和季节变化等周期性变化，因此储存太阳能一直是一个难题。
相变储热材料的涵义和应用可以很好地解决这个问题。
相变储热材料可以应用于各种类型的太阳能热利用设备中，例如太阳能集热器、光伏发电、太阳能热水器等。
以太阳能集热器为例，它可以根据集热管内介质的不同，分为水介质和空气介质。
对于水介质而言，加入相变储热材料可以增加其储热量，减少热损失，提高系统的效率。
而空气介质则可以用相变储热材料来改善储热条件，延长集热器的可运行时间。
另外，在太阳能热水器中，相变储热材料同样具有广泛的应用前景。
相变储热材料可以被放置在热水器的热源处，逐渐吸收太阳辐射所产生的热量。
一旦达到相变温度，它就可以快速释放所吸收的热量，从而为热水器提供热源。
值得一提的是，相变储热材料能够在热水器关闭时仍然保持热量，从而可以为半夜或云雨天等无阳光的时段提供热水使用。
蓄热材料ppt课件
2.2 相变蓄热材料
2.3 热化学蓄热
工全复清热等密但应时在和热
程性杂洁化问性需进热有氨化
应 用 尚 有 较 大 距 离 。
, ,
要 求 高 一 次 性 投 资 大
与 实 际
、 技 术 难 度 高 而 且 对 设 备 安
、 无 污 染 等 优 点 但 反 应 过 程
学 蓄 热 材 料 具 有 蓄 热 密 度 高 和
学 蓄 热 材 料 多 利 用 金 属 氢 化 物
,
, ,
,
2.4 吸附蓄热材料
吸附是指流体相(含有一种或多种组分 的气体或液体)与具有多孔的固体颗粒 相接触时 ,固体颗粒(即吸附剂)对吸附 质的吸着或持留过程。因吸附剂固体表 面的非均一性 ,伴随着吸附过程产生能 量的转化效应 ,称为吸附热。在吸附 脱附循环中,可通过热量储存、释放过 程来改变热量的品位和使用时间,实现 制冷、供热以及蓄热等目的。
能有效降低大功率组件最高温度和温度波动幅度。
工业 06 回收 07 特种
仪表 公众 08 场所
相变储能可以把生产过程多余的热储存起来并在 需要时提供稳定的热源。与常规的蓄热室比，相
变储热系统体积可以减少30％-50％.
利用温控储热材料来调节吸收和放出的热量，使 仪器在允许的温度范围内工作。人造卫星的合适
温度为25-30℃之间。
利用太阳能让相变材料吸收屋顶太阳热收集器所 得的能量，使得相变材料液化并通过盘管送到地 板上储存起来，供无太阳时释放，达到取暖目的。
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1.蓄热材料定义
蓄热材料就是一种能够储存热能的 新型化学材料。它在特定的温度
( 如相变温度) 下发生物相变化， 并伴随着吸收或放出热量，可用来 控制周围环境的温度，或用以储存 热能。它把热量或冷量储存起来， 在需要时再把它释放出来，从而提
第3章 新型储热材料
第三章 新型储热材料
新能源材料
New Energy Materials 主讲教师：黄建兵
西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室
储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
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E-mail: huangjb@ M.P.: 15829636153
物质由液态开始转化为固态的温度称为冰点；物质 由固态开始转化为液态的温度称为熔点。两者不一 定相等。
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储热材料与相变
蒸汽压（vapor pressure）
汽液共存，达到平衡状态时蒸汽的压力。蒸汽压随温 度升高而升高。蒸汽压低沸点高。
储热材料与相变
对于相变储热材料的性能要求（1）
合适的相变温度 较大的相变潜热 合适的导热性能 能
热力学第二定律是研究系统平衡条件的基本依据 吉布斯相率在相图分析中是储热材料遵循的最基 本规律
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储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
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储热材料与相变
相变现象
1.固体 液体 凝固与融化 冰雪融化、盐碱溶化、金属熔化、溶液结晶 2.液体 气体 沸腾，凝结 3.固体 气体 结霜、樟脑挥发 4.固体 固体 马氏体与奥氏体
储热材料与相变
克拉贝龙方程
相变过程伴随明显的热量释放或吸收
dp H dT T V
自由能方程
两种参数的相互作用
F U ST
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储热材料与相变
描述物质状态的三个基本参数不是相互独立的。
储热材料与相变
F ( P,V , T ) 0
这就是物质的状态方程
理想气体 CO2实验等温线
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储热材料与相变
对于相变储热材料的性能要求（2）
在相变过程中不应发生熔析现象 应为可逆相变，性能稳定，具有 恒定的融化及固化温度 无毒性 与容器材料相容 不易燃 较快的结晶速度和晶体生长速度
储热材料与相变
晶态
储热材料与相变
多晶现象（polymorphism）
两种或两种以上的晶体同时存在的现象。
非晶态（amorphous）
非晶、不定形固体可视为过冷液体。这类PCM不象晶 体状固体那样有明显的相变温度，玻璃、凡士林为典 型例子。一般称为玻璃态。
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经典的固体理论将固体物质按其原子聚集状态分为晶态和非晶 态两种类型。晶体学分析得出：晶体中原子呈有序排列，且具 有平移对称性，晶体点阵中各个阵点的周围环境必然完全相同， 故晶体结构只能有1，2，3，4，6次旋转对称轴，而5次及高 于6次的对称轴不能满足平移对称的条件，均不可能存在于晶 体中。 近年来由于材料制备技术的发展，出现了不符合晶体的对称条 件，但呈一定的周期性有序排列的类似于晶态的固体, 1984年 Shechtman等首先报道了他们在快冷A186Mn14合金中发现具 有 5次对称轴的结构。于是，一类新的原子聚集状态的固体出 现了，这种状态被称为准晶态（quasicrystalline state），此 固体称为准晶（quasicrystal）。准晶态的出现引起国际上高 度重视，很快就在其他一些合金系中也发现了准晶，除了5次 对称，还有8，10，12次对称轴，在准晶的结构分析和有关理 24 论研究中都有了进展。
理想气体 范德瓦尔斯方程
PV nRT RT
a P 2 V b RT V
范德瓦尔斯气体
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储热材料与相变
当物质分子热运动动能远小于分子间的相互作用 势能时, 分子力作用上升到主要地位, 分子运动降 到次要地位, 组成物质的粒子(分子、原子或离子) 只能在各自的平衡位置附近作微小振动,这就是 物质的固态 处于固态的物质称为固体。 物质的固态。处于固态的物质称为 相可定义如下:
吸湿（hygroscopic）
物质吸收并保持环境中的水分的特性。吸收水分后， 物质的一些性质会有所改变。 该物质易溶于水，吸湿与蒸汽压有关，溶液的蒸汽压 低于纯水的蒸汽压，浓盐水和稀盐水（吸收式制冷）。
热性能要求
体积膨胀系数（coefficient of volume expansion）
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非晶态
储热材料与相变
腐蚀性（corrosion）
储热材料与相变
非晶态固体与液态一样具有近程有序而远程无序的 结构特征。非晶态固体宏观上表现为各向同性，熔 解时无明显的熔点，只是随温度的升高而逐渐软化， 粘滞性减小，并逐渐过渡到液态。非晶态固体又称 玻璃态 可看成是粘滞性很大的过冷液体 晶体的 玻璃态，可看成是粘滞性很大的过冷液体。晶体的 长程有序结构使其内能处于最低状态 ，而非晶态固 体由于长程无序而使其内能并不处于最低状态 ，故 非晶态固体是属于亚稳相，向晶态转化时会放出能 量。常见的非晶态固体有高分子聚合物、氧化物玻 璃、非晶态金属和非晶态半导体等。
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储热材料与相变
固固相变
储热材料与相变
季戊四醇
季戊四醇粉尘在空气中的浓度达30g/m3以上时，能与 空气形成爆炸性混合物，当超过400℃时发生爆炸。 故宜贮存在阴凉、干燥、通风处，防潮、防火。按一 般化学品规定贮运 般化学品规定贮运。 物化性质
白色粉末状结晶。密度1.395g/cm3。熔点261～262℃。 沸点(4kPa)276℃。燃点＜370℃。气化热＜92kJ/mol， 升华热131.5kJ/mol。 易被一般有机酸酯化，与稀烧碱溶液同煮无反应。15℃ 时1g溶于18mol水。溶于乙醇、甘油、乙二醇、甲酰胺。 不溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和石油醚等。
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储热材料与相变
相变图
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储热材料与相变
固液相变
固体点阵排列对应于势 能最小，固体吸热之初， 温度升高 ，固体 粒子能 量增加到 一定程 度（熔 点）可摆 脱束缚 ，点阵 结构解体 ，从而 固体变 为液体。 温度不 变是因 为吸收的 热几乎 全部用 于增加相互作用能。
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储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
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第三章 新型储热材料
储热材料与相变
储热材料相变储能的本质体现在不同相时其具有 的焓是不同的，热力学中的相变热是相变过程中 末态与初态的焓差（相变焓） 描述相变材料(Phase Change Material，PCM) Material PCM) 的相变特性需要借助于材料的相图，即材料的相 与温度、压力及组分的关系图
储能技术的评价指标：储能密度、储能功率、蓄 能效率、储能成本、环境影响
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第三章 新型储热材料
储热技术基础
储热的意义：尽管热能是一种低品位能源，但其在 人类所利用的全部能源中占60% 蓄热的三种主要方式：显热蓄热、潜热蓄热和化学 反应热蓄热； 潜热蓄热的优点：
利用蓄热材料发生相变而储热 储能密度高，装置体积小、热损失小 过程等温或近似等温，易与运行系统匹配
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储热材料与相变
在一定条件下，物质不同相之间的相互转变叫做相变。 如果系统中各相经历很长时间而不互相转化，则是处 于平衡状态。实际上相平衡是一种动态平衡，从系统 内部来看，分子或原子仍在相界处不停地转换，只不 过同一时间内各相之间的转化速度相同。 相变是有序和无序两种倾向相互竞争的结果。相互作 用是有序的起因，热运动是无序的来源。在热力学理 论中表现为U和ST的消长。在缓慢降温的过程中，每 当温度降低到一定程度，以致热运动不再能破坏某种 特定相互作用造成的有序时，就可能出现新相。
指金属与环境或其它材料发生的化学或电化学反应。 按照GB/T 15555.12制备的浸出液或水溶性液态废 物的pH值≥12 5 或者≤2 0 则该废物是具有腐 物的pH值≥12.5，或者≤2.0，则该废物是具有腐 蚀性的危险废物； 非水溶性液态废物在55℃条件下，对GB/T 699中 规定的20号钢材的腐蚀速率≥6.35mm/a，则该废 物是具有腐蚀性的危险废物；
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储热材料与相变
硫氰化铵固固相变
储热材料与相变
相关术语
晶态（crystal）
晶体最本质的特点是原子或离子，以周期性重复方式 在三维空间作有规则的排列。 固体中的原子或分子有序的空间排列状态，每个晶体 有相同的几何结构 相应的晶面间有相同夹角 晶体 有相同的几何结构，相应的晶面间有相同夹角，晶体 结构可用X-射线、电子、中子衍射仪分析。
对于相变储热材料的性能要求（3）
低蒸汽压 体积膨胀率较小 密度较大 原材料易购。价格便宜
化学性能 要求
化学性能 要求 经济性 要求
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储热材料与相变
相变材料的热物性
热导率 比热容 膨胀系数 相变潜热 相变温度
储热材料与相变
克拉贝龙方程
相变过程伴随明显的热量释放或吸收
dp H dT T V
自由能方程
两种参数的相互作用
F U ST
9 10
储热材料与相变
描述物质状态的三个基本参数不是相互独立的。
储热材料与相变
F ( P,V , T ) 0
这就是物质的状态方程
理想气体 CO2实验等温线
2013-11-21
第三章 新型储热材料
新能源材料
New Energy Materials 主讲教师：黄建兵
西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室
储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
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E-mail: huangjb@ M.P.: 15829636153
毒性测试试验 毒性测试试
第一阶段——急性毒性试验： 第二阶段——致突变试验、亚急性毒性试验 第三阶段——亚慢性毒性试验、致畸试验、生殖毒性试验 和迟发性神经毒性试验： 第四阶段——慢性毒性试验、致癌试验、代谢试验和接触 人群的观察：
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熔点、溶点 冰点（freezing point）、熔点（melting point）
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储能、储能技术及应用
储能，又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件 下比较稳定的存在形态的过程；
自然储能 人为储能
储能、储能技术及应用
储能技术的分类 储能技术的应用
防止能量品质的自动恶化 改善能源转换过程的性能 方便经济地使用能量 降低污染、保护环境
储能技术，为了弥补在能源开发、转换、运输和 利用过程中，在能量的供应和需求之间所存在的 数量上、形态上和时间上的差异，有效地利用能 源，采取储存和释放能量的人为过程或技术手段
热力学第二定律是研究系统平衡条件的基本依据 吉布斯相率在相图分析中是储热材料遵循的最基 本规律
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储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
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储热材料与相变
相变现象
1.固体 液体 凝固与融化 冰雪融化、盐碱溶化、金属熔化、溶液结晶 2.液体 气体 沸腾，凝结 3.固体 气体 结霜、樟脑挥发 4.固体 固体 马氏体与奥氏体
储热材料与相变
“相是系统中均匀的与其他部分有界面分开的部分。”
所谓均匀的，是指这部分的成分和性质从给定 范围或宏观来说是相同的 或是以 种连续的 范围或宏观来说是相同的，或是以一种连续的 方式变化，也就是没有突然的变化。一个多相 系统是不均匀的，在相界处有物理性质或化学 性质或两者兼有突变。例如，在一个包含有冰 和水的两相系统中，其物理性质在相界面处有 突然变化。