8 新型储能材料

第8章新型储能材料

1.储能：使能量转化为在自然条件下比较稳定的存在形态的过程。

2.储能技术：在能源的开发、转换、运输和利用过程中，能量的供应和需求之间，往往存在着数量上、形态上和时间上的差异。为了弥补这些差异、有效地利用能源，常采取储存和释放能量的人为过程或技术手段，称为储能技术。

3.储能技术的用途：（1）防止能量品质的自动恶化。（2）改善能源转换过程的性能；（3）方便经济地使用能量；（4）降低污染、保护环境。

4.储热的方式有显热储存、相变储存和化学反应储存。

5.显热储存：显热储存是利用储热材料的热容量，通过升高或降低材料的温度而实现热量的储存或释放的过程。

6.显热储存的优点：原理简单，材料来源丰富，成本低廉，是研究最早，利用最广泛，技术最成熟的太阳能热储存方式。

7.显热储存的缺点：由于显热储存材料是依靠储热材料温度变化来进行热量的储存，放热过程不能恒温，储热密度小，使得储热装置体积庞大，而且与周围环境存在温度差，造成热量损失，热量不能长期储存，不适合长时间、大容量储存热量，限制了显热储存技术的进一步发展。

8.德国汉堡生态村的设计中，采用了一个容量为4500 的大储水罐作为储存一年四季中所采集的太阳能的储存设备。储热方式是显热储存。

9.美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能用于供暖和提供生活热水，在夏季结束时，土壤温度可以上升至80℃，而在供暖季节结束时，温度降至40℃。此外，地下岩石储存太阳能和地下含水层储存太阳能都得到了广泛的研究。

储热方式是显热储存。

10. 20世纪70年代，清华大学利用芒硝（Na2SO4·10H2O）作为储热材料，在石家庄郊区研究成功太阳房。其原理是白天材料吸收太阳能并储存起来，夜晚环境温度降低便放出热量，供房屋取暖，调节昼夜温差。根据材料分析其储热方式，以及该储热材料存在的主要问题。

相变储能。过冷和析晶。

11.相变储存是利用储热材料在热作用下发生相变而产生热量储存的过程。

优点：储能密度高，放热过程温度波动范围小等。

12.化学反应储存：利用化学反应的反应热的形式来进行储热，具有储能密度高，可长期储存等优点。

13.澳大利亚国立大学提出一种储存太阳能的方式叫做“氨闭合回路热化学过程”，在这个系统里，氨吸热太阳能分解成氢与氮，储存太阳能，然后在一定条件下进行放热反应，重新生成氨，同时放出热量。其储热方式为化学反应储存。

14.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。

15.理想储能材料特性：①价格便宜，危险性小;②储能密度大③资源丰富；⑤腐蚀性小;⑥化学性能稳定。

16.相变储能技术的基本原理：物质在相变过程中，等温释放的相变潜热通过盛装相变材料的元件将能量储存起来，待需要的时候再讲热（冷）能通过一定的方式释放出来供用户使用。

17.相变储能材料储能的本质体现在不同相时其具有的焓是不同的。

18.过冷和析晶。所谓过冷是指液态相变材料冷却到“凝固点”时并不结晶，而需冷却到“凝固点”以下一定温度时才开始结晶的现象。相变材料凝固前的过冷状态是物质结构亚稳状态,

这一状态实际上是相变物质结晶前的冷量储备过程。一般一级相变的相变材料结晶前或多或少都有过冷存在，但以结晶水合盐最为严重，若不消除，会影响相变贮能系统的性能。

所谓析晶是指经加热-冷却循环后盐与水的分离现象，这使得相变材料的潜热迅速衰退。扩散速度低于晶体生长速度。

析晶和过冷现象长期以来一直是水合盐类相变贮热技术需要解决的最主要的难题。19.有机类相变材料主要包括石蜡、酯酸及多元醇。这类相变材料无析出现象，虽有弱过冷但不影响使用，且性能稳定，无腐蚀性，所以与建筑材料相结合时多采用这类相变材料。这类相变材料的缺点是导热系数较小，密度小，单位体积贮热能力不大。

20.相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量)，从而达到控制环境温度和能量利用目的的材料；具体说来，PCM从液态向固态转变时，要经历物理状态的变化，过程中向环境吸热，反之则向环境放热；在物理状态发生变化的时候可储存或释放的能量称为相变热，一般来说发生相变的温度是很窄的；PCM在熔化或凝固过程中虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却非常大；目前已知的天然和合成的PCM超过500种，这些材料的相变温度和储热能力各不相同。

21.复合相变储能材料优点：复合PCM能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的传热性能差以及不稳定的缺点, 又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。

22.储热的形式有哪些？各有什么优点和缺点?

23.相变储热材料的种类？

24.结晶水合盐作为相变材料存在的问题是什么？怎样理解？