能源材料学习培训资料
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? 解决析出的方法 添加增稠剂,晶体结构改变剂和搅拌
9
有机相变材料 ——石蜡
石蜡由直烷烃混合组成 常用石蜡ＰＣＭ的熔点为-12～75.9℃，熔解
热为150ｋＪ/ｋｇ到250ｋＪ/ｋｇ 优点：熔解热大，一般不过冷、不析出、性
能稳定，无腐蚀性且在有机ＰＣＭ中价格最低 缺点：导热系数小和密度小
酸酯类也是常用的有机ＰＣＭ，其性能特点与石 蜡相似
2
能源材料类别
储能材料 太阳能储热加热器 ,工业余热利用储热加 热器 ,太阳能储能空调器
节能材料 高效节能电加热器及装置
能量转换材料 燃料电池 ,贮氢材料及氢能利用
核能材料 核反应堆电站
3
等。
（一）储 能 材 料 —— 相变储热(LTES)材料
• 相变储热是有效利用新能源和节能的重要途径
特点: 储热密度高 、储热放热近似等温 、 过程易控制的。
主要是有机和无机共融ＰＣＭ的混合物。
8
无机相变材料 ——结晶水合盐
结晶水合盐提供了从几℃至 1 0 0多℃熔点的 近70种可供选择的ＰＣＭ。 优点：价格便宜 ,体积储热密度大 ,溶解热大 ,导热 系数比有机ＰＣＭ大 ,一般呈中性。 缺点：过冷度大和易析出分离。
解决过冷度大的方法 加微粒结构与盐类结晶物相类似的成核剂和搅拌
与普通电池不同的是，只要能保证燃料和氧化剂的供 给，燃料电池就可以连续不断地产生电能。
1.2燃料电池系统组成
单独的燃料电池堆是不能发电并用于汽车的，它 必需和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热 管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统 组成燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。 1 、燃料电池组 2、辅助装置和关键设备： (1)燃料和燃料储存器，包括碳氢化合物转化的重整器 (2)氧化剂和氧化剂存储器 (3)供给管道系统和调节系统（包括气体输送泵、热交 换器、气体分离和净化装置） (4)水和热管理系统
能源材料
近 1 0年来 —>能 源 材 料
自从 2 0世纪 80年代出现能源危机及大量 的能源消耗导致的环境污染和温室效应 , 人们 一直在研究高效能源与节能技术,可再生环保型 能源：太阳能、风能利用技术等。
由此产生了有广阔应用前景的太阳能储热 热水器及加热器 ,太阳能空调器、燃料电池、 贮氢及氢能利用、核能电站等。
11
• 储能建材的要求
相变材料的热物性 (相变温度等) 相变材料与建筑材料的相容性
结合工艺: (1 )通过浸泡将相变材料渗入建材基体 ; (2 )将高密度交联键聚乙烯颗粒在熔化的相变材料 中膨胀 ; (3 )将相变材料吸入半流动性的硅石细粉 中然后渗入建材板中。 经济性
目前国内外的研究都集中在有机相变材料 ,主 要有烷烃 ,酯 ,醇和石蜡等。
10
复合相变材料
把相变材料（潜热大）与普通建筑材料相结合， 可形成一种新型复合储能建筑材料，其兼备普通建 材和相变材料两者的优点。 复合相变建材具有普通建材无法比拟的热容，对于 房间内的气温稳定及空调系统工况的平稳是非常有 利的。
------目前，采用的相变材料的潜热达到170Ｊ/ｇ 左右，而普通建材在温度变化 1℃时储存同等热量将 需要190倍相变材料的质量。
13Fra Baidu bibliotek
热水袋——持续放热4~8小时
14
燃料电池及其应用
内容提要
燃料电池(Fuel Cell)的基本原理及组成 燃料电池的分类 质子交换膜燃料电池的特点及研发应用现状 燃料电池的发展趋势 燃料电池汽车基本结构及特点 燃料电池汽车的研发进展
1.1燃料电池(Fuel Cell) 的基本原理
氧与碳氢化合物结合成水、CO2的简单电化学反应而发电 基本组成：电极、电解质、燃料和催化剂 催化剂，例如白金，常用来加速电化学反应
1.2燃料电池系统组成
燃料电池依据其电解质的性质而分为不同的类型，每类 燃料电池需要特殊的材料和燃料，且使用于其特殊的应用。 按电解质划分，燃料电池大致上可分为五类： 1质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell--PEMFC） 2碱性燃料电池（alkaline fuel cell--AFC） 3磷酸燃料电池（phosphoric acid fuel cell--PAFC） 4溶化的碳酸盐燃料电池 (molten carbonate fuel cell-MCFC) 5固态氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell--SOFC）
体现了恒温时间的延长 ,并可与显热和绝缘材料 区分开来 (绝缘材料只提供热温度变化梯度 )。相变 材料在热循环时 ,储存或释放潜热。
5
B：相变材料特点
凝固熔化温度区间窄 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
6
• LTES材料的发展
近 3 0年代来 ,相变储热 (ＬＴＥＳ)的基 础理论和应用技术研究在发达国家 (如美国、 加拿大、日本、德国等 ) 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ＬＴＥＳ研 究和应用创造了条件。
7
• 实用化的相变材料（PCM）
种类
无机ＰＣＭ 包括：结晶水合盐 ,熔融盐 ,金属合金和其
他无机物 ; 有机类ＰＣＭ
包括：石蜡 ,酸酯和其他有机物 ; 复合ＰＣＭ
12
国内研究现状
三种相变材料纯物质 :正十六烷、正十八烷、硬酯酸正 丁酯 ,分别于三种建材基体[石膏板 (不含纤维 )、石膏纤 维板及粘土砖 ]制成储能建材。
正烷烃的潜热远大于硬酯酸正丁酯，且化学性质稳定； 但硬酯酸正丁酯价格低 ,因此有一定的使用价值。 其中 正十八烷以其熔点接近空调舒适温度而在相当长的 时间内被研究者所瞩目。但其价格高 ,且渗有正十八烷 的储能建材在长时间处于相变温度以下其自由表面有严 重的结霜倾向。
1.1燃料电池(Fuel Cell) 的基本原理
燃料：H2、CH4、CH3OH、CO等 氧化剂：氧气或空气 电解质：水溶液（H2SO4、H3PO4、NaOH等）、熔融盐（
NaCO3、K2CO3）、固体聚合物、固体氧化物等
发电时，阳极发生燃料的氧化反应，阴极发生氧化剂 的还原反应，电解质将两电极隔开，导电离子在电解质内 移动，电子通过外电路做功并构成电的回路。
提高储热系统的相变速率 ,热效率 ,储热密 度和长期稳定型是目前面临的重要课题。
4
储热机理及特点
A：相变过程
G L； G G
相变过程中 ,材料要经历物理状态的变化，从环 境中吸热或向环境放热，材料自身的温度在相变完 成前几乎维持不变（相变温度范围很窄）。
物理状态发生变化时 , 大量相变热转移到环境 中时 ,产生了一个宽的温度平台。
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有机相变材料 ——石蜡
石蜡由直烷烃混合组成 常用石蜡ＰＣＭ的熔点为-12～75.9℃，熔解
热为150ｋＪ/ｋｇ到250ｋＪ/ｋｇ 优点：熔解热大，一般不过冷、不析出、性
能稳定，无腐蚀性且在有机ＰＣＭ中价格最低 缺点：导热系数小和密度小
酸酯类也是常用的有机ＰＣＭ，其性能特点与石 蜡相似
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能源材料类别
储能材料 太阳能储热加热器 ,工业余热利用储热加 热器 ,太阳能储能空调器
节能材料 高效节能电加热器及装置
能量转换材料 燃料电池 ,贮氢材料及氢能利用
核能材料 核反应堆电站
3
等。
（一）储 能 材 料 —— 相变储热(LTES)材料
• 相变储热是有效利用新能源和节能的重要途径
特点: 储热密度高 、储热放热近似等温 、 过程易控制的。
主要是有机和无机共融ＰＣＭ的混合物。
8
无机相变材料 ——结晶水合盐
结晶水合盐提供了从几℃至 1 0 0多℃熔点的 近70种可供选择的ＰＣＭ。 优点：价格便宜 ,体积储热密度大 ,溶解热大 ,导热 系数比有机ＰＣＭ大 ,一般呈中性。 缺点：过冷度大和易析出分离。
解决过冷度大的方法 加微粒结构与盐类结晶物相类似的成核剂和搅拌
与普通电池不同的是，只要能保证燃料和氧化剂的供 给，燃料电池就可以连续不断地产生电能。
1.2燃料电池系统组成
单独的燃料电池堆是不能发电并用于汽车的，它 必需和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热 管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统 组成燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。 1 、燃料电池组 2、辅助装置和关键设备： (1)燃料和燃料储存器，包括碳氢化合物转化的重整器 (2)氧化剂和氧化剂存储器 (3)供给管道系统和调节系统（包括气体输送泵、热交 换器、气体分离和净化装置） (4)水和热管理系统
能源材料
近 1 0年来 —>能 源 材 料
自从 2 0世纪 80年代出现能源危机及大量 的能源消耗导致的环境污染和温室效应 , 人们 一直在研究高效能源与节能技术,可再生环保型 能源：太阳能、风能利用技术等。
由此产生了有广阔应用前景的太阳能储热 热水器及加热器 ,太阳能空调器、燃料电池、 贮氢及氢能利用、核能电站等。
11
• 储能建材的要求
相变材料的热物性 (相变温度等) 相变材料与建筑材料的相容性
结合工艺: (1 )通过浸泡将相变材料渗入建材基体 ; (2 )将高密度交联键聚乙烯颗粒在熔化的相变材料 中膨胀 ; (3 )将相变材料吸入半流动性的硅石细粉 中然后渗入建材板中。 经济性
目前国内外的研究都集中在有机相变材料 ,主 要有烷烃 ,酯 ,醇和石蜡等。
10
复合相变材料
把相变材料（潜热大）与普通建筑材料相结合， 可形成一种新型复合储能建筑材料，其兼备普通建 材和相变材料两者的优点。 复合相变建材具有普通建材无法比拟的热容，对于 房间内的气温稳定及空调系统工况的平稳是非常有 利的。
------目前，采用的相变材料的潜热达到170Ｊ/ｇ 左右，而普通建材在温度变化 1℃时储存同等热量将 需要190倍相变材料的质量。
13Fra Baidu bibliotek
热水袋——持续放热4~8小时
14
燃料电池及其应用
内容提要
燃料电池(Fuel Cell)的基本原理及组成 燃料电池的分类 质子交换膜燃料电池的特点及研发应用现状 燃料电池的发展趋势 燃料电池汽车基本结构及特点 燃料电池汽车的研发进展
1.1燃料电池(Fuel Cell) 的基本原理
氧与碳氢化合物结合成水、CO2的简单电化学反应而发电 基本组成：电极、电解质、燃料和催化剂 催化剂，例如白金，常用来加速电化学反应
1.2燃料电池系统组成
燃料电池依据其电解质的性质而分为不同的类型，每类 燃料电池需要特殊的材料和燃料，且使用于其特殊的应用。 按电解质划分，燃料电池大致上可分为五类： 1质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell--PEMFC） 2碱性燃料电池（alkaline fuel cell--AFC） 3磷酸燃料电池（phosphoric acid fuel cell--PAFC） 4溶化的碳酸盐燃料电池 (molten carbonate fuel cell-MCFC) 5固态氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell--SOFC）
体现了恒温时间的延长 ,并可与显热和绝缘材料 区分开来 (绝缘材料只提供热温度变化梯度 )。相变 材料在热循环时 ,储存或释放潜热。
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B：相变材料特点
凝固熔化温度区间窄 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
6
• LTES材料的发展
近 3 0年代来 ,相变储热 (ＬＴＥＳ)的基 础理论和应用技术研究在发达国家 (如美国、 加拿大、日本、德国等 ) 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ＬＴＥＳ研 究和应用创造了条件。
7
• 实用化的相变材料（PCM）
种类
无机ＰＣＭ 包括：结晶水合盐 ,熔融盐 ,金属合金和其
他无机物 ; 有机类ＰＣＭ
包括：石蜡 ,酸酯和其他有机物 ; 复合ＰＣＭ
12
国内研究现状
三种相变材料纯物质 :正十六烷、正十八烷、硬酯酸正 丁酯 ,分别于三种建材基体[石膏板 (不含纤维 )、石膏纤 维板及粘土砖 ]制成储能建材。
正烷烃的潜热远大于硬酯酸正丁酯，且化学性质稳定； 但硬酯酸正丁酯价格低 ,因此有一定的使用价值。 其中 正十八烷以其熔点接近空调舒适温度而在相当长的 时间内被研究者所瞩目。但其价格高 ,且渗有正十八烷 的储能建材在长时间处于相变温度以下其自由表面有严 重的结霜倾向。
1.1燃料电池(Fuel Cell) 的基本原理
燃料：H2、CH4、CH3OH、CO等 氧化剂：氧气或空气 电解质：水溶液（H2SO4、H3PO4、NaOH等）、熔融盐（
NaCO3、K2CO3）、固体聚合物、固体氧化物等
发电时，阳极发生燃料的氧化反应，阴极发生氧化剂 的还原反应，电解质将两电极隔开，导电离子在电解质内 移动，电子通过外电路做功并构成电的回路。
提高储热系统的相变速率 ,热效率 ,储热密 度和长期稳定型是目前面临的重要课题。
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储热机理及特点
A：相变过程
G L； G G
相变过程中 ,材料要经历物理状态的变化，从环 境中吸热或向环境放热，材料自身的温度在相变完 成前几乎维持不变（相变温度范围很窄）。
物理状态发生变化时 , 大量相变热转移到环境 中时 ,产生了一个宽的温度平台。