储能材料

碳纳米管的储能原理 碳纳米管与其他相变材料主要以物理方式复合， 均匀地分散于储能材料中。碳纳米管对相变材料的相 变温度和储能量级均产生影响：碳纳米管含量越高， 熔程 复合材料的熔程越窄，储能量级增大，对温度变化的 反应程度升高，由此制得性能更加优异的复合相变储 能材料。
碳纳米管的制备方法及其原理 常用的碳纳米管制备方法主要有：激光蒸发法、 火焰法、离子辐射法
蜂窝式蓄热体
相变式储能材料
相变材料（Phase Change Materials，简称 PCM）作为一种新兴的储能材料，以其储能密度高、 体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度 选择范围宽、易于控制等优点成为材料界的新宠。 随着人们对相变材料的关注越来越多，对它在 日常生活、航空航天等领域的研究逐步开展起来，而 近年来的研究热点主要集中在民用。 下图为已经商用的 相变储能材料。
激光蒸发法
Smalley 等人制备 C60 时，在电极中加入一定量 的催化剂，得到了单壁碳纳米管。其原理是利用激光 束照射至含有金属的石墨靶上将其蒸发，同时结合一 定的反应气体，在基底和反应腔壁上沉积出碳纳米管。
Thess 等人改进实验条件，采用该方法首次得 到相对较大数量的单壁碳纳米管。实验在1473K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催化剂颗粒 的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米管管束。这种方 法易于连续生产，但制备出的碳纳米管的纯度低，易 缠结且需要昂贵的激光器，耗费大
太阳能热水系统上的利用 太阳能领域是目前PCM 应用的最主要领域之一， 其基本原理如下图所示。 太阳能集热器收集到的热量通过工作介质（如水） 传输到箱体的PCM中，PCM 发生相变（固态到液 态），将多余的热量储存起来；当太阳能不足时， PCM再次发生相变（液态到固态），释放能量。
太阳能聚集板 流水导热
CESM可应用于太阳能的 高温利用、余热回收和航 天等领域。当它用于替代 传统蓄热器的耐火砖时。 其蓄热量提高2～2.5倍； 如用于热风炉，体积可减 少35%，造价降低11％。
Ceramic Matrix Composite
四、相变储能材料 —— 碳纳米管
碳纳米管的结构特征 碳纳米管是一维纳米材料，质轻，六边形结构 连接完美，具有许多优异的力学、电学、和化学性能。 由于其具有较大的比表面积、中空结构以及多壁碳纳 米管之间的类石墨层隙，使其在氢燃料电池方面有重 要的作用。 碳纳米管由于其巨大的表面积和表面疏水性, 对共存 污染物尤其是有机污染物具有很强的吸附能力.。碳纳 米管对污染物的吸附不仅会改变污染物的环境行 为, 也会影响自身的环境行为。 碳纳米管立体结构图
MH2
储蓄能量 释放能量 储蓄能量 释放能量
M + H2
MO + CO2
M = Ca、Mg
M = Ca
MCO3
M ·H2O 储蓄能量 释放能量
MCl2
储蓄能量 ·NH3 释放能量
M + H2O
MCl2 + NH3
M = 金属盐类、氢氧化物
M = Ca、Ba、Mn
复合式储能材料 由无机盐/陶瓷基构成的复合储能材料 (Composite Energy Storage Material，简称 CESM)。其陶瓷体为多孔结构，无机盐分布在陶瓷基 体的微 米级超微多孔网络中，在受热超过无机盐的 熔点时。无机盐熔化而吸收潜热，且因毛细管张力而 不流出。 由 CESM 构成的储热系统，可同时利用熔盐的 潜热和陶瓷体与无机盐的显热来储存热能，因而既具 有潜热储能密度大且能量输出稳定和显热储能元件可 与换热流体直接接触换热的优点，又克服了潜热储存 系统成本高和熔盐腐蚀的缺点。
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火焰法
该方法是利用甲烷和少量的氧燃烧产生的热 量作为加热源。在炉温达到600～1300℃时，导入 碳氢化合物和催化剂。该方法制备的碳纳米管结晶 度低并存在大量非晶碳。但目前对火焰法纳米结构 的生长机理还没有很明确的解释。
离子辐射法 在真空炉中，通过离子或电子放电蒸发碳，在 冷凝器上收集沉淀物，其中包含碳纳米管和其他结 构的碳。Chernazatonskii 等人通过电子束蒸发覆在 基体上的石墨合成了直径为 10～20 nm的向同一方 向排列的碳纳米管。 Yamamoto 等人在高真空环境 下用氩离子束对非晶碳进行辐照得到了管壁有 10～15nm厚的碳纳米管。
储 能 材 料
用 户 使 用
相变储能建筑材料 制备原理： 相变微胶囊是由高分子聚合物作为壳材，相变物 建材轻质化是当今社会建材发展的重要趋势，但 质作为芯材，通过物理方法、化学方法或者物理 轻质建材带来的一个重大缺陷就是房屋保暖性变差、 化学方法将相变材料包覆、封装在一种微型胶囊 能耗增加，在建材中添加 PCM是解决这个问题的有 内，制成相变固体颗粒。 效途径之一。 相变材料掺入到基材中制备的相变储能建筑材料， 一般过程：内相在介质中的分散； 应用于建筑墙体中，可以减少环境温度引起的室内温 加入成膜材料（壁材）； 度波动，提高墙体的保温、隔热能力，减少室内空调 壁材的沉积； 等用电设施的使用，从而可实现环保节能的目的。 壁膜的固化。
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稳定性 好 安全性 好
合适的使 用温度
储能材料的种类 储能材料离不开储能技术，能源的形式多种多 样，储电、储热、储氢、太阳能电池等所用到的材 料广义上都属于储能材料。 按照材料构成分类 金属储能材料 有机储能材料 复合材料类储能材料 无机非金属储能材料
按照储能方式分：
显热式：通过加热介质，使其温度升高而储存能量， 大多数水合盐都有过冷和相分离现象。所谓过冷，即液 又称“热容式储能”，如陶瓷蜂窝体、硅/ 相的水溶液温度降低到其凝固点以下仍不发生凝固，所 镁质耐火砖、耐火泥等热容较大的物质 谓相分离，即指水合盐在使用过程中的析出现象，这样 就使释热温度发生变动。为了降低影响，通常使用较合 相变式：储热介质加热到相变温度时吸收大量热量， 适的硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐等水合盐 又称“潜热储能”），如多元醇、层状钙 钛矿、水合盐、石蜡、干冰、水蒸气 化学反应式：利用可逆化学反应，在受冷和受热时反应 方向不同，分别对外吸热或放热，实现能 量储存/释放，如无机盐、无机氢化物等
复合式：综合显热、相变材料的优点并克服其缺 点的新材料，由相变材料（工作物质） 和载体基质（支撑材料）组成，在使用
三、储能材料的应用前景
显热式储能材料 陶瓷蜂窝体在冶金中的应用： 蓄热式燃烧技术是近几年在冶金工业窑炉普遍 推广的节能环保新技术，也是21世纪节能环保最具 发展潜力的技术之一。 蜂窝式蓄热体具有承受温度高、比表面积大而 体积精巧、流动阻力和热惯性小、耐热冲击性好等 一系列优点。
Microcapsules Light weight construction Plaster
化学反应式储能材料 化学蓄热材料作为化学储能的核心技术之一， 主要可以分为金属氢氧化物、金属氢化物、金属碳 酸盐、结晶水合物、金属盐氨合物等。
M(OH)2 储蓄能量
释放能量
MO + H2O
M = Ca、Mg
目录
成员展示
储能材料 概念及种类
各类材料 应用前景
相变储能 碳纳米管
二、概念及种类
概念 储能材料是利用物 质发生物理或者化学变 化来储存能量的功能性 材料，它所储存的能量 可以是电能、机械能、 化学能和热能，也可以 是其他形式的能量。
新型纳米储能材料微观结构
理想储能材料的特点 储能密度 大
制备方 便 成本低 廉
trap polyolefine Ltd stainless 陷阱聚烯烃球形胶囊 陷阱聚丙烯平板 EPS 不锈钢球胶囊 trap polypropylene EPS EPSEPS Ltd 模块梁 spherical capsule flat panel ball capsule module beam