相变材料与相变储能技术PPT精选文档
相变材料储能
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相变材料储能
相变材料储能是一种新型的储能技术,它利用物质在相变过程中释放或吸收的潜热来储存和释放能量。
相变材料储能具有高能量密度、长寿命、高效率、环保等优点,被广泛应用于太阳能、风能等可再生能源的储能系统中。
相变材料储能的原理是利用物质在相变过程中释放或吸收的潜热来储存和释放能量。
相变材料一般分为两种类型:一种是固-固相变材料,如硅、钛、铝等;另一种是固-液相变材料,如蜡、盐水等。
在储能过程中,相变材料从低温相转变为高温相,吸收热量,储存能量;在释放能量时,相变材料从高温相转变为低温相,释放热量,输出能量。
相变材料储能具有高能量密度、长寿命、高效率、环保等优点。
相比传统的储能技术,如电池、超级电容器等,相变材料储能具有更高的能量密度和更长的寿命。
同时,相变材料储能的效率也更高,可以达到90%以上。
此外,相变材料储能不会产生污染物,对环境友好。
相变材料储能被广泛应用于太阳能、风能等可再生能源的储能系统中。
在太阳能储能系统中,相变材料储能可以将太阳能转化为热能,储存起来,以便在夜间或阴天使用。
在风能储能系统中,相变材料储能可以将风能转化为热能,储存起来,以便在风力不足时使用。
相变材料储能是一种新型的储能技术,具有高能量密度、长寿命、高效率、环保等优点,被广泛应用于太阳能、风能等可再生能源的储能系统中。
相信随着技术的不断发展,相变材料储能将会在未来的能源领域中发挥越来越重要的作用。
相变储能PPT课件
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未来相变储能技术的发展方向
新型材料的研发
未来相变储能技术将更加注重新 型材料的研发和应用,以提高储
能效率和安全性。
智能化控制
随着物联网、云计算等技术的发展, 未来相变储能技术将更加注重智能 化控制,实现能源的智能调度和优 化管理。
广泛应用前景。
航空航天领域
总结词
相变储能技术在航空航天领域中具有重要应用价值,能够为航天器的温度调节提供稳定可靠的解决方 案。
详细描述
在航空航天领域,航天器的温度调节是一个关键问题。相变储能技术由于其高效稳定的温度调节特性 ,被广泛应用于航天器的温度控制系统。通过在航天器中应用相变储能技术,可以确保航天器在各种 复杂环境下都能够保持稳定的温度状态,从而提高航天器的可靠性和安全性。
工业余热回收案例
总结词
相变储能技术在工业余热回收领域的应用, 通过回收和再利用工业生产过程中产生的余 热,提高能源利用效率。
详细描述
在工业生产过程中,大量余热被浪费。相变 储能技术可以将这些余热储存起来,并在需 要时释放。例如,在钢铁、化工等高能耗产 业中,相变储能技术可以用于回收烟气、冷 却水等过程中的余热,再用于供暖、发电等 用途,提高能源利用效率,降低生产成本。
THANKS FOR WATCHING感谢您的Biblioteka 看电池热管理案例要点一
总结词
相变储能技术在电池热管理领域的应用,通过控制电池温 度,提高电池性能和使用寿命。
要点二
详细描述
电池在充放电过程中会产生热量,过高的温度会影响电池 性能和使用寿命。相变储能技术可以通过在电池组中添加 相变材料,实现对电池温度的有效控制。在电池温度升高 时,相变材料吸收热量并储存,降低电池温度;在电池温 度降低时,相变材料释放热量,维持电池温度稳定。这种 技术可以提高电池的充放电性能和使用寿命。
第11讲贮热相变材料应用PPT课件
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可再生能源
太阳能
太阳能供给变化较大。 太阳能的应用需要有效的热能贮存,有效的应用在
很大程度上依赖于能源贮存。
风能 生物质能
16
相变材料
从八十年代开始,PCM(Phase Change Materials)已作为贮热材料应用于太阳能建筑 。 用PCM强化石膏板、混凝土和其它砖块的 热性能,以降低室内温度的波动,提高舒适性 。
贮热相变材料的应用
1、引言 2 、PCM在建筑节能中的应用 3 、PCM及其它应用
焦冬生 热科学和能源工程系
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
引言
我国能源现状
火电发电量则首次出现下降。2014年全国非化石能源发电量已占到25%左右( 火电量占75%左右)。也就是说,全国每5千瓦时电中约有1千瓦时水电和0.25 千瓦时其他非化石能源发电,或者说,每4千瓦时电中已经有1千瓦时为非化石 能源发电。 2014年水电以外的清洁能源发电量情况为:风电1563亿千瓦时,核电1262亿千 瓦时,太阳能发电突破200亿千瓦时达231亿千瓦时,同比分别增长12.2%、 13.2%和171%,共占全国发电量5.6%左右,比上年提高0.7个百分点。
我国建筑能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例 已从上世纪七十年代末的10%,上升到27.45%(2014年)。
10
目前我们全国房屋数量有400亿平方米左右,房屋建 筑规模已超过所有发达国家。但在每年近20亿平方米 的竣工面积当中,只有五六千万平方米是节能建筑, 只占3%左右,97%属于高耗能建筑。北京市一般住宅 的采暖能耗基准数是25公斤标准煤,搞了节能措施以 后实际能耗是23.9公斤标准煤。而在气候条件相同的 德国,其新建房的采暖能耗已经从上个世纪70年代的 24到30公斤标准煤降到现在的4到8公斤。我国每年盖 的房子普遍是节能很差的房子,如果这一状况不加以 改进,建筑能耗的未来将非常沉重。
相变材料徐长伟PPT课件
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• 基体材料封装相变材料法 • 基体和相变材料熔融共混法 • 浸渍法
第9页/共26页
将固液态PCM封装技术分散成球形小颗粒,再在表面封装一层性能稳定的壳材,即得到相变材料微胶囊。 第10页/共26页
• 具有良好的热传导系数,单位质量的相变潜热大,体积膨胀率小,密度大;
• 相变过程可逆性好,相变过程的方向仅以温度决定,不存在过冷和降解现 象;
第6页/共26页
( 1)相变材料的室内设计温度或者供暖、空调系统要求的温度范围内; ( 2)具有足够大的相变潜热; ( 3)相变时膨胀或者收缩要小; ( 4)相变的可逆性要好; ( 5)无毒性、无腐蚀性; ( 6)制作原料廉价易得。
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( 1)将几种有机物配合成二元或者多元相变材料, 也可以将有机物与无机物复合, 从而制得合适相变 温度以及相变潜热的相变材料 。
第15页/共26页
第16页/共26页
第17页/共26页
• 供暖储能系统 ( 1)相变蓄热地板辐射供暖系统 ( 2)带相变蓄热器的空气型太阳能供暖系统 • 空调蓄冷系统 ( 1)利用楼板蓄冷的吊顶空调系统 ( 2)相变蓄冷空调新风机组
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相变材料在地板中的应用,一般都会结合电加热方式,以组成电加热相变蓄热地板采暖系统。地板采 暖使得室内水平温度分布均匀,垂直温度梯度小,不仅符合人体“足暖头凉”的需要,而且采暖能耗较低,接近理想的采暖方式。
第19页/共26页
第20页/共26页
导热相变材料(电子器件)
笔记本恒温垫
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在服装纺织业中的应用
第22页/共26页
现阶段相变材料的研究困难主要表现在以下三个方面 • 相变储能材料的耐久性,这个问题分为三类。首先,相变储能材
相变材料在储能技术中的应用
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相变材料在储能技术中的应用随着能源需求的不断增加,能源储存技术的研究越来越重要。
相变材料是一种新型储能材料,具有高储能密度、长寿命、高节能等优点。
它的应用已经引起了越来越多的关注。
本文将介绍相变材料的基本原理、热力学过程、应用现状以及未来发展方向。
一、相变材料基本原理相变材料是指具有相变能力的物质。
它们在温度、压力、电场、磁场、电流等条件下发生相变。
相变是一种物理和化学变化,可以将物质从一个稳定平衡状态转化为另一个稳定平衡状态。
相变材料主要包括固态-固态相变、固态-液态相变和液态-气态相变等。
在固态-固态相变中,相变材料的晶格结构得到了重组,产生了不同的物理性质。
固态-液态相变是相变材料从固态转变为液态。
这种相变主要发生在金属和无机盐类等物质中。
液态-气态相变则是指相变材料从液态转变为气态,包括汽化和沸腾等过程。
相变材料的相变过程是热力学过程。
相变过程可分两个阶段进行:吸热阶段和放热阶段。
吸热阶段是指相变材料在相变过程中吸收热能,从而使温度升高。
放热阶段则是指相变材料从高温状态转变到低温状态,放出储存在相变中的热能。
相变材料的热力学性质是其储能能力的基础。
二、相变材料在储能领域的应用现状近年来,相变材料在储能领域得到了广泛的应用。
例如,相变材料储存冷能的技术可用于被动房屋的空调系统、电子设备散热等领域。
相变材料储存热能的技术也被应用于太阳能集热板、热泵、热能回收等各种系统中。
经典的相变材料是差热材料。
它们的相变峰值在零度附近,可以用来控制室温加热或冷却。
差热材料主要用于家用和商用空调设备以及个人计算机的散热控制等。
相变储能材料的应用具有很大的潜力。
其最大的优势是高储能密度和高效率。
相对于化学储能材料,相变储能材料具有更长的寿命和更高的放电效率。
相对于传统的储能方式,相变储能技术还有很大的改进空间,可以进一步提高效率和储能密度。
三、相变材料在储能领域的未来发展相变材料的应用前景十分广阔。
未来的发展方向包括:通过研究和设计新型相变材料,可以进一步提高储能密度和效率。
相变储能材料和相变储能技术
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相变储能材料和相变储能技术Document number:BGCG-0857-BTDO-0089-2022相变储能材料及其应用物质的存在通常认为有三态,物质从一种状态变到另一种状态叫相变。
相变的形式有以下四种:(1)固—液相变;(2)液—汽相变;(3)固—汽(4)固-固相变。
相变过程个伴有能量的吸收或释放,我们就可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象,利用相变材料来存储能量。
比如用冰贮冷,冬天,在寒冷的地区,人们从湖面、河面冻结的厚冰层中获取冰块,贮存于“冰屋”中,利月锯末隔热、冰块可存放到夏季结束。
这是冰块就可以起到现在冰箱的效果了。
储能想变成材料一般而言,储热相变材料可以这么进行分类下面我们对相变储能材料进行逐一分析:1、固-液相变材料:(1)结晶水合盐:结晶水合盐种类繁多,其熔点也从几度到几百度可供选择,其通式可以表达为AB?nH 2O 。
结晶水合盐通常是中、低温贮能相变材料中重要的一类,其特点是:使用范围广,价格较便宜、导热系结晶水合盐(如Na 2 SO 4?10H 2O )熔融盐金属(包括合金)其他无机类相变材料(如水) 无机物 有机物 石蜡酯酸类其他有机混合类 有机类与无机类相变材料的混合相变材料数较大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度较大、体积贮热密度较大、一般呈中性。
但此类相变材料通常存在过冷和析出两大问题。
所谓过冷是指当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶,而须冷却到“凝固点”以下一定温度时方开始结晶;而析出现象指在加热过程中,结晶水融化,此时盐溶解在水中形成溶液。
结晶水合盐的代表有芒硝、六水氯化钙、六水氯化镁、镁硝石等(2)石蜡:石蜡主要由直链院烃混合而成,可用通式C n H 2n +2表示,短链烷烃熔点较低,但链增长熔点开始增长较快,而后逐渐减慢。
随着链的增长,烷烃的熔解热也增大,由于空间的影响,奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同,偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热,链更长时熔解热趋于相等。
《材料的相变》课件
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固态二氧化硅(二氧化硅)在高温下可转化为气 态二氧化硅。
相变的需求和挑战
1 需求
相变技术在能源、材料制 备和环境等领域有着广泛 的应用需求。
2 挑战
相变材料的设计、制备和 控制是实现相变技术应用 的关键挑战之一。
3 最新进展
最新的研究着眼于开发新 型相变材料和改进相变过 程的控制方法。
《材料的相变》PPT课件
欢迎大家来到本次关于材料的相变的PPT课件!相变是材料科学中的重要概 念,通过本课件,我们将探索相变的定义、分类、应用以及未来的发展方向。
相变的定义和基本概念
相变是物质从一种相态到另一种相态的过程。它涉及物质的结构和性质的改变,以及能量的吸收或释放。
相变的分类和特点
分类
相变可以分为固液相变、液 气相变和固气相变。
液气相变的例子和应用
1
水的沸腾
水沸腾时,液冷却液在汽车的工作过程中发生液气相变,起到冷却发动机的 作用。
3
干冰的升华
干冰是固态二氧化碳,当它受热时会直接从固态升华为气态,无液态阶段。
固气相变的例子和应用
举例一: 举例二:
举例三:
干衣机中的水分从湿气中转化为水蒸气。
相变研究的最新进展和未来发展方向
相变材料
相变材料的研究方兴未艾,可以 用于储能、温控和智能传感等领 域。
纳米级相变
纳米级相变研究正探索小尺寸下 相变行为的特性与应用。
相变存储
相变存储作为一种新型存储技术, 展现出巨大的潜力和未来的发展 方向。
特点
相变具有温度、压力和物质 的影响。它还表现出各种物 理和化学性质的变化。
举例
举个例子,水从冰变为液态 时发生固液相变,这是我们 日常生活中常见的现象。
课外阅读相变存储器PPT课件

铜网上蒸发碳膜作为支持膜,然后沉积40 nm厚的 Ge2Sb2Te5薄膜
(1)沉积态薄膜 并不是完全非晶
(2)退火温度250℃ 较大的晶粒(>50 nm)已经形成
(3)退火温度250℃ 晶粒(100 nm-200) •13 已经形成
空洞产生的推论和揣测: 1.结晶过程中形成更为致 密的结构,局部体积收缩 形成空洞 2.高温导致的Ge2Sb2Te5 中Sb和Te的挥发。
转变,利用其光学反射率的巨大差异。
•5
1968. Stanford R. Ovshinsky,电场激发下具有 高低阻值的转变现象。
1.实验装置
2.实验样品 Ge10Si12As30Te48
3.实验结果
Stanford R. Ovshinsky, Reversible Electrical Switching Phenomena in Disordered Structures, Physical Rev•i6ew Letter, vol. 21, no.20, pp. 1450-1452,1968.
框架
1.相变存储器 1.1 相变存储器的基本原理 1.2相变材料的性质和性能优化 1.3新型相变材料 1.4相变存储器的结构 2.存储器和集成光学 2.1基于相变材料的门开关
•1
1.1相变存储器 (OUM,PCRAM)的基本原理
2
最早的“存储器” 器
相变存储
结绳记事
晶态
低阻
1
非晶态
Zhang T, Liu B, et al, Struture and electrical Properties of Ge thin film used for Ovonic Unified Memory,
中科大相变储能课件02贮热相变材料的热物性和工作性能-3贮热相变材料的工作性能及研究方法

Grodzka P G. Phase Change Storage System. In: W.C.Dickinson, N.Cheremisimoff, Solar energy technology handbook, Part A: Engineering Fundamentals, Marcel Dekker, Inc., 1980.
8
过冷与结晶速率
KF.4H2O 熔点18.5 Na2SO4.10H2O熔点32.4 过冷——结晶 结晶速度低
Schroeder J, Gawron K. Latent heat storage, Energy Research, 1981; 5:103-109.
9
结晶类型
Grodzka 对冷凝和熔解过程涉及的物理过程进行了 全面地分析。
10
如图a,处于熔点温度Tm的溶液在隔热的容器 中被冷却,结晶簇都会以以下方式进行。 如果液体被快速冷却,而且成核较差,那么液 体可能仅被过度冷却而没有结晶。 更高的过冷可能导致液体转变为玻璃体。
11
B表示液相和固相都处于过冷,而结晶从 冷却的壁面有秩序地发展。暗示结晶速 度较慢。另外,材料内部的温度或多或 少是均匀的。
6
DSC解析难度高
解析DSC曲线决不只是一个技术问题,有时还 是一个困难的研究课题。因为解析DSC曲线所 涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转 变峰的性质,不但要利用DSC以外的其他热分 析手段,如DSC-TGA联用,还要借助其他类型 的手段,如DSC-GC联用,DSC与显微镜联用, 红外光谱及升降温原位红外光谱技术等。这就 要求解工作者不但要通晓热分析技术,还要对 其他技术有相应的了解,在此基础上结合研究 工作不断实践积累经验,提高解析技巧和水平。
相变储能材料PPT课件

建筑材料
太阳能热 水系统
相变节能材 料的应用
空调蓄冷
电子行业
现代农业 (温室)
医药工业 (热袋)
4
Logo
相变储能建筑材料
建筑节能用相变储能材料要符合的要求 :
具体较高的储热能力和热传导性能 相变温度要适合应用的环境要求,一般要求接近人体的舒适
温度 发生吸放热温度变化时相变材料的体积变化小 相变可逆性好,保证使用寿命长 材料价廉易得 材料无毒、无腐蚀性
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Logo
Add Your Company Slogan
Thank you ~
Logo
16
11
.
相变储能混凝土
把相变材料复合到大体积混凝土中,以制得相变温控混 凝土。相变温控混凝土具有温度自调节功能。
相变温控混凝土不但能有效降低大体积混凝土内部温升 速率,延缓峰值出现时问,有效防止或预防因水泥水化热所 引起的早期热裂缝,改善材料的耐久性,而且在大体积混凝 土内部中不需要采用设置冷却水管等降温措施,从而简化了 其施工工艺,节省了工程造价。
5
封装法的制备工艺
微胶囊封装技术
微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒子 的技术。得到的微小粒子称微胶囊,一般粒子大小在2-1000um范围内。 微胶囊粒子的形态多种多样。
囊心 (PCM)
Diagram 2
6
Logoபைடு நூலகம்
相变储能建筑材料
相变材料 + 建筑材料
如何结合?
直接结合法 (相变材料直接与建材基体混合 ) 浸泡法
14
Logo
相变蓄热地板
相变材料在地板中的应用,一般都会结合电加热方式, 以组成电加热相变蓄热地板采暖系统。地板采暖使得室内水 平温度分布均匀,垂直温度梯度小,不仅符合人体“足暖头凉” 的需要,而且采暖能耗较低,接近理想的采暖方式。
相变材料与相变储能技术49页PPT文档
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能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学
能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜 热(相变热)储存,显热储存是利用材料所固有的 热容进行的;潜热储存,或称相变储能,它是利 用被称为相变材料的物质在物态变化(固—液, 固—固或气—液)时,吸收或放出大量潜热而进行 的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛,因 此,在储能技术领域占有极其重要的地位。
1989年
Kedl和Stoval第一次研究 制成浸有18烷石蜡的相变墙板。
1991年 2019年 2000年 2019年
德国利用Na2SO4/SiO2制成高温蓄热砖, 并建立太阳能中央接收塔的储热系统。
Feldman等采用两种方法制备了相变储能 石膏板;日本利用不同含Si量的Al—Si合金 相变储能材料进行工业余热回收应用研究
相变储能材料是基础,因此在相变储能技术 领域,首先是研究和开发相变潜热大,性能稳定 和性价比高的相变材料。其次是应用,主要涉及 储能元件,储能换热器和储能系统的相变传热, 相变材料与换热流体的对流耦合换热,材料的腐 蚀与防护,系统的设计等方面。除了对传统的无 机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研 究外,近年来,对新相变储能材料的研制,存在 从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观 到纳米/微胶囊化的趋势,定形相变材料、相变 材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、 太阳能等领域的应用成为研究的热点。
相变材料(phase change materials,PCM) 或称相变储能材料,它属于能源材料的范畴。放
出)的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说,
是指那些在固—液相变时,储能密度高,性能稳 定,相变温度适合和性价比优良,能够被用于相 变储能技术的材料。
Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料 的石膏墙板的热动态特性进行了测试
相变储能材料PPT课件

节能环保
相变储能材料使用过程中无污染物排放,对 环境友好,且可回收利用。
稳定可靠
相变储能材料性能稳定,能够保证储能系统 的长期稳定运行。
应用广泛
相变储能材料可应用于建筑节能、工业余热 回收、太阳能利用等多个领域。
挑战
成本较高
目前相变储能材料成本较高,限制了其大规模应用。
寿命有限
相变储能材料的寿命受限于材料的稳定性及循环寿命。
技术发展
相变储能技术将不断进步
随着科研人员对相变储能材料的深入研究, 未来相变储能技术将更加成熟,提高储能效 率和稳定性。
新型相变储能材料的研发
为满足不断增长的需求,未来将有更多新型相变储 能材料被研发出来,具有更高的能量密度和更快的 相变速度。
相变储能技术的集成优化
未来相变储能技术将与其他储能技术进行集 成优化,形成多能互补的储能系统,提高整 个系统的效率和稳定性。
舒适度。
新能源利用
02
在太阳能、风能等新能源领域,利用相变储能技术储存和调节
能量,提高能源利用效率和稳定性。
工业余热回收
03
利用相变储能材料回收工业余热,提高能源利用效率和经济性。
03 相变储能材料的优势与挑 战
优势
高效储能
相变储能材料能够在相变过程中吸收和释放 大量能量,具有较高的能量存储密度。
技术成熟度不足
相变储能技术仍处于发展阶段,需要进一步完善和成熟。
市场接受度不高
由于成本和技术成熟度等因素,相变储能材料在市场上的接受度有待提高。
04 相变储能材料的应用实例
建筑节能
01 02
建筑节能
相变储能材料在建筑节能领域的应用主要表现在利用其相变特性,在温 度较高时吸收热量,在温度较低时释放热量,从而调节室内温度,减少 空调等设备的能耗。
《材料的相变》课件

相变与材料性能的关系
01
相变可以改变材料的热学、电学、磁学和力学等性 能。
02
材料的相变点(如熔点、沸点、居里点等)对材料 的加工和使用具有重要影响。
03
通过控制材料的相变行为,可以实现对材料性能的 调控和优化。
02
常见材料的相变
金属的相变
01
金属的相变
金属在加热或冷却过程中,其内部原子或分子的排列会发生改变,导致
通过实验测定物质的性质,然后绘制出不同温度和压力下的相态 和相变。
相图的应用
用于指导工业生产和科学实验,预测物质在不同条件下的性质和 行为。
04
相变的动力学过程
相变的动力学模型
扩散模型
该模型认为相变是通过原子或分子的扩散实现的。在相变过程中 ,原子或分子的扩散速度决定了相变速率。
界面模型
该模型认为相变是通过新相与旧相之间的界面移动实现的。界面移 动的速度决定了相变速率。
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自由能
描述系统能量的状态变量,决定系统的相态和相 变。
相变的热力学条件
相变平衡条件
相变发生时,系统的自由能达到最小值。
相变温度
相变发生时的温度,与物质的性质和外界条件 有关。
相变压力
相变发生时的压力,与物质的性质和外界条件有关。
热力学相图
相图的概念
表示物质在不同温度和压力下的相态和相变。
相图的绘制方法
《材料的相变》ppt课 件
目录
• 相变的基本概念 • 常见材料的相变 • 相变的热力学基础 • 相变的动力学过程 • 相变的应用 • 相变研究的前沿与展望
01
相变的基本概念
什么是相变
01
相变是指物质从一种相转变为另一种相的过程,包括固相、液 相和气相之间的转变。
相变材料及其在温室中的应用PPT课件
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2.3复合相变蓄热材料
现阶段纳米复合相变材料主要是将有机相变 材料与无机物进行纳米尺度上的复合,包括在有机 基质上分散无机纳米微粒和在纳米材料中添加有机 物。充分结合有机相变材料和无机纳米材料的物理、 化学的优点,利用无机物具有高导热系数来提高相 变材料的导热性能,利用纳米材料具有巨大比表面 积和界面效应,使有机相变材料在发生相变时不会 从无机物的三维纳米网络中析出,从而解决了有机 相变材料高温升华、挥发和直接应用时存在泄漏的 问题 ,使得纳米相变材料具有较高的导热性和稳 定性。此外,纳米材料还是显热相变材料,所以纳 米复合相变材料还构成了显热/潜热复合相变材料, 从而进一步提高了材料的相变蓄热密度。
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2、应用举例
(1)PCMs与建筑材料混合或涂抹、渗入后墙表面; (见文献1)
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(2)PCMs封装后加入空心砖、空心墙板等预制件中(文献 2);
石膏预制板
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空心砌块 第21页/共28页
相变储能罐 第22页/共28页
Thank you !
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• 储热原理:相变材料具有在一定温度范围内改变其物理 状态的能力。在环境温度达到熔化温度时,就产生从固 态到液态的相变,在这一熔化过程中,相变材料吸收并 储存大量的潜热;反之当环境温度低于凝固温度时,储 存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去,同时 进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中,相 变所吸收或释放的潜热相当大,但过程中其材料自身的 温度几乎维持不变,产生了一个较宽的温度平台。
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2、相变材料分类
• 相变材料按相变形式分为液-气、固-气、液-液、固-液、 固-固 5种,固-气或液-气变化材料由于相变时体积变 化过大而难以应用于实际,只有固-液、固-固有应用价 值 。美国 Dow化学公司对近两万种相变材料进行了测 试,发现只有1%的相变材料可进一步研究。适合作为 温室储热的相变材料更是少之又少。(?)
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7
相变储能材料是基础,因此在相变储能技术 领域,首先是研究和开发相变潜热大,性能稳定 和性价比高的相变材料。其次是应用,主要涉及 储能元件,储能换热器和储能系统的相变传热, 相变材料与换热流体的对流耦合换热,材料的腐 蚀与防护,系统的设计等方面。除了对传统的无 机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研 究外,近年来,对新相变储能材料的研制,存在 从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观 到纳米/微胶囊化的趋势,定形相变材料、相变 材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、 太阳能等领域的应用成为研究的热点。
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一、固—液相变储能材料
固—液相变储能材料的研究起
步较早,是现行研究中相对成熟的 一类相变材料。其原理是,固—液 相变储能材料在温度高于材料的相 变温度时,吸收热量,物相由固态 变为液态;当温度下降至低于相变 温度时,物相由液态变成固态,放 出热量。该过程为可逆过程,因此 材料可重复多次使用。且它具有成 本低、相变潜热大、相变温度范围 较宽等优点。目前国内外研制的作 为固—液相变储能材料主要包括无 机类和有机类两种。
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聚乙烯表面产生交联的办法,可以基本上避免因 交联而导致相变潜热的降低,但因技术原因,这 种方法目前还没有大规模使用。
固—固相变储能材料的开发时间相对较短, 大量的研究工作还没深入开展,因此其应用范围 没有固—液相变储能材料宽广。
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三、相变储能材料的筛选原则
(1)高储能密度。相变材料应具较高的单位体积, 单位质量的潜热和较大的比热容。 (2)相变温度。熔点应满足应用要求。 (3)相变过程。相变过程应完全可逆并只与温度相 关。 (4)导热性。大的导热系数,有利于储热和提热。 (5)稳定性。反复相变后,储热性能衰减小。 (6)密度。相变材料两相的密度应尽量大,这样能 降低容器成本。
相变储能材料
沈鸿烈 教授 南京航空航天大学
1
主要内容
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概述
2
研究和应用现状
3
相变储能材料
4
结语
2
第一节 概 述
热能储存是能源科学技术中的重要分支。在 能量转换和利用的过程中,常常存在供求之间在 时间上和空间上不匹配的矛盾,如电力负荷的峰 谷差,太阳能、风能和海洋能的间隙性,工业窑 炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求 在时间和空间上不匹配的矛盾,因而是提高能源 利用率的有效手段。
但熔变储能实融际材上 料固凝必—固须液相时综变的合材过考料冷虑度材对料有容的机器物相材理变材料和料的化腐学蚀稳性定、性、
安材全性及价格水平。目前,有可机应与用无机于混相合变相储变热材技料
术料的相变储能材料,也就是PCM。我们可以对相变
材料进行如下的分类: 无机盐类
固—固相变材料
多元醇类
交联高密度聚乙烯
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第二节 相变材料和相变储能技术 的研究和应用现状
自20世纪70年代石油危机后,热能储存技术 在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。 由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体 积小,储能密度大和热惯性小,对它的研究和应 用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召 开了多次有关储能技术研究及应用专题会议,在 新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。 美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应 用上都制定了长期的发展规划 。
在储能技术领域占有极其重要
的地位。
4
相变材料(phase change materials,PCM)或称相变储能 材料,它属于能源材料的范畴。广义来说,是指能被利用其 在物态变化时所吸收(放出)的大量热能用于能量储存的材料。 狭义来说,是指那些在固—液相变时,储能密度高,性能稳 定,相变温度适合和性价比优良,能够被用于相变储能技术 的材料。
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(7)压力。相变材料工作温度下对应的蒸汽压力应 低。 (8)化学性能。应具有稳定的化学性能,无腐蚀、 无害无毒、不可燃。 (9)体积变化。相变时,体积变化小。 (10)过冷度。小过冷度和高晶体生长率。
在实际研制过程中,要找到满足这些理想条 件的相变材料非常困难。因此人们往往先考虑有 合适的相变温度和较大的相变热,而后再考虑各 种影响研究和应用的综合性因素
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3.交联高密度聚乙烯
高密度聚乙烯的熔点虽然一般都在125℃以上, 但通常在100℃以上使用时会软化。经过辐射交联 或化学交联之后,其软化点可提高到150℃以上, 而晶体的转变却发生在120~135℃。而且,这种 材料的使用寿命长、性能稳定、无过冷和层析现 象、材料的力学性能较好、便于加工成各种形状, 是真正意义上的固—固相变材料,具有较大的实 际应用价值。但是交联会使高密度聚乙烯的相变 潜热有较大降低,普通高密度聚乙烯的相变潜热 为210~220J/g,而交联聚乙烯只有180J/g。在 氨气气氛下.采用等离子体轰击使高密度
3
能量储存的方式包括机械能、
电磁能、化学能和热能储存等。
热能储存又包括显热储存和潜
热(相变热)储存,显热储存是
利用材料所固有的热容进行的;
Байду номын сангаас
潜热储存,或称相变储能,它
是利用被称为相变材料的物质
在物态变化(固—液,固—固或
气—液)时,吸收或放出大量潜
热而进行的。由于热能储存在
工业和民用中用途广泛,因此,
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1.无机盐类
该类相变储能材料主要是利用固体状态下不 同种晶型的转变进行吸热和放热,通常它们的相 变温度较高,适合于高温范围内的储能和控温, 目前实际应用的主要是层状钙钛矿、Li2SO4、KHF2 等物质。
层状钙钛矿
Li2SO4
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2.多元醇类 此类材料是目前国内研究较多的一类固—固
相变储能材料,其作为一种新型理想的太阳能储 能材料而日益受到重视。多元醇类相变储能材料 主要有季戊四醇(PE)、新戊二醇(NPG)、2—氨基 2—甲基—1,3—丙二醇(AMP)、三羟甲基乙烷、 三羟甲基氨基甲烷等,种类不多,但通过两两结 合可以配制出二元体系或多元体系来满足不同相 变体系的需要。该相变材料的相变温度较高(40~ 200℃),适合于中、高温的储能应用。其相变焓 较大,且相变热与该多元醇每一分子所含的羟基 数目有关,即多元醇每一分子所含的羟基数目越 多,相变焓越大。这种相变焓来自于氢键全部断 裂而放出的氢键能。
有机相变材料进行研究,包括测试材料的 热物理性质、化学稳定性及对环保的影响 等 .石蜡现在常被制成各种定形相变材料、 微胶囊材料、复合相变材料等,用于太阳能 蓄能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中
863计划研究将金属相变储能锅炉应用于 太阳能热发电
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第三节 相变储能材料
固—气相变材料
无机相变材料
潜相热的我物们液质知—道,气相,一变具般材有情料合况适下的均金相可属变作及温为其合度相金和变相较储变大热材相材料变料,
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(1)固—气相变材料。 (2)液—气相变材料(这两种相变材料一般不 用)。 (3)固—液相变材料。①无机相变材料:结晶 水合盐、无机熔盐、定形复合相变材料、功能热 流体;②金属及其合金相变材料:Al—Si、Al— Si—Mg、A1—Si—Cu等;③有机相变材料:石蜡、 脂酸、其他有机酸;④有机与无机混合相变材料。 (4)固—固相变材料。包括无机盐类、多元醇 类和交联高密度聚乙烯等。
合中应用。且易挥发、易燃烧 甚至爆炸或被空气中的氧气缓 慢氧化而老化等。
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二、固—固相变储能材料
固—固相变储能材料是由于相变发生前后固 体的晶体结构的改变而吸收或释放热量的,因此, 在相变过程中无液相产生,相变前后体积变化小, 无毒、无腐蚀,对容器的材料和制作技术要求不 高,过冷度小,使用寿命长,是一类很有应用前 景的储能材料。目前研究的固—固相变储能材料 主要有无机盐类、多元醇类和交联高密度聚乙烯。
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1.固-液分类 固-液
结晶水合盐 熔融盐
无机类 金属合金
其他有机物
有机类
石蜡 烷烃 脂肪酸 盐类
结晶水合盐 储能石蜡 16
无机类 有机类
优点
缺点
使用范围广、价格便宜、导热 系数较大、溶解热大、体积储 热密度大、一般成中性。
一、是过冷现象 二、是出现相分离现象
在固体状态时成型性较好,一 导热系数小,密度较小,单位 般不容易出现过冷和相分离现 体积的储能能力较小.相变过 象,材料的腐蚀性较小,性能 程中体积变化大,并且有机物 比较稳定,毒性小,成本低等。 一般熔点较低,不适于高温场
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国外的发展状况:
从20世纪 70年代起 1980年
1989年
对传统的无机盐、无机水合盐、金属等 相变材料进行了连续和系统的研究和应用
美国Birchenall等提出采用合金作为相变 材料,提出了三种典型状态平衡图和二元 合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法 。
美国的Telkes对Na2S04·10H2O等 水合盐相变材料做了大量研究工作, 并建起了世界第一座PCM被动太阳房。
Na2SO4·10H2O等的相图、储存、成核 作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。 西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共 同利用西藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水
合盐类矿产,加入独创的悬浮剂等成功 研究太阳能高密度储热材料。
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20世纪 90年代初
20世纪 90年代
2008年 开始
对Al—Si合金进行研究和应用,华中 科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。 广州能源研究所和广东工业大学张仁元、 柯秀芳等多年的研究表明,金属具有储能 密度大、储热温度高、热稳定性好、导热 系数高、性价比良好等特点,在中高温 相变储能的应用中具有极大的优势。