相变储热材料研究进展

课题组研究 方向和问题： 金属合 金相变 储热材 料
金属合金相变储热材料以其储热 密度大、热稳定性好、导热率高 和较长的使用寿命等优势在热能 储存领域具有重要作用。
目前许多工程应用和专利的申请 均是以铝基合金、锌基合金等高 熔点合金为储能材料进行的，其 它金属合金成分的研究比较缺乏。 铝基合金的相变潜热高，但其相 变温度也较高，从而带来高温腐 蚀性问题，给储热装置提出了较 高的技术要求。
研究目标：
研究开发出高储 能密度、性能稳定、 热导率高的中温相 变储热材料。选定 锡（Sn)、铋（Bi)、 铅（Pb)、锌（Zn) 等低熔点合金相变 储能材料作为研究 对象。
研究内容
①开发相变温度在100-300℃， 单位体积相变潜热大于300J/cm3 的低熔点二元合金相变储热材 料。 ②对性能最优的二元合金进行5 00次的反复熔化/凝固的热循环 实验，研究合金热物性能的变 化，以及组织结构的变化，分 析其对合金热性能的影响。 ③在性能最优的二元合金基础 上，加入Bi、Cu等元素，分析 其对合金组织结构和热物性能 的影响。
太阳能利用成为新 趋势之一。
储热材料可以储存太 阳能，在适当的时候 释放热量，保证供电 供热装置持续稳定工 作。
二、研究内容和问题
相变储热材料：利用材料在相变时吸热和放热的现象， 来进行热能储存和温度调节控制。 （一）按照相变的方式一般分为固-固相变、固-液相 变、固-气相变和液-气相变四大类。由于固-气相变和 液-气相变方式在相变过程中伴随有大量气体的产生， 体积变化很大，对容器要求高，故在实际应用中难推 广。因此固-固相变和固-液相变被看作是重点研究的 对象。 （二）根据使用温度不同分为低温、中温和高温相变 储热材料。太阳能热水系统（≤80℃）等领域的应用， 推动低温相变储热材料的快速发展；太阳能热发电系 统（≥300℃）等领域的需求使高温相变储热材料具有 广阔的应用背景。国内外关于中温相变储热材料研究 较少。
相变储热材料性能研究
主讲人： 导师：
一、研究目的和意义Hale Waihona Puke Baidu
环境污染、 能源紧缺
矿物燃料的燃烧造 成环境污染和能源 紧缺两大问题。
太阳能热发电与 储热材料
由于受天气等自然条 件影响，收集到的太 阳辐射具有非连续、 非稳态的特点,使得太 阳能的利用缺乏可控 性。
相变储热 材料 理想的相变材料应具备 的条件： ①合适的相变温度，较 大的相变潜热； ②无毒，无腐蚀，不易 燃且价格低廉； ③导热率高，利于快速 储存和释放热量； ④热稳定性好，长期熔 化/凝固热循环后储 热性能衰减小； ⑤储热密度高，应具有 较大的比热容和化 学反应热效应。
当前相变储热材 料主要研究对象
无机相变储热材料具有较高的 相变潜热和储热密度、合适的 熔点，且大多为化工副产品， 价廉易得。但这类材料存在过 冷和相分离的现象，随着熔化 /凝固热循环过程的进行，材 料储热性能会逐步恶化甚至丧 失储热能力，且具有较强的腐 蚀性，容易对容器壁造成一定 的复试渗透，因此对容器材料 提出了较高要求。 有机相变储热材料有良好的 固体成型性、对储热室的腐 蚀性小、对人体几乎无毒等 优点，但该类材料也存在导 热性能差，使得在吸收和释 放能量过程中传热效率低， 从而降低系统的使用效率， 且储热密度小、温度升高易 挥发、易燃烧甚至爆炸或暴 露在空气中易氧化、老化等 问题。