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相变储能材料现状和应用

发布时间:2013-11-25

相变储能材料

 

1 引言

随着全球工业的高速发展,自从20世纪70年代出现了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、节能技术、可再生环保型能源、太阳能利用技术等。如何节约和利用有限的能源,是人类一直在研究的课题,近三十余年来一直受到国际能源界的广泛重视 储能技术作为一种合理、高效、清洁利用能源的重要乎段,已广泛用于工农业生产、交通运输、航空航天乃至于日常生活。而储能技术的核心是储能材料,其中,相变储能材料与一般储能材料相比,具有储能密度大、储热容器体积小、热效率高以及吸热放热温度恒定等优点,因此,成为近年来各国竞相研究和开发的热点。

2 相变储能材料的性能要求和分类

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利用能量目的的材料。也就是利用相变材料在温度高于相变点时吸收热量而发生相变(融化蓄热过程),使其温度不再升高或升高较少;当温度下降,低于相变点时,发生逆向相变(凝固放热过程),相变材料可以恢复原来的相结构,放热进行工作。虽然人们研究过的天然和合成的相变材料有很多种,但美国Dow化学公司对近两万种的相变材料进行了测试,发现只有l%的相变材料可以进行进一步研究。

2.1 相变储能材料的性能要求

对于实际使用的相变储能材料必须满足的一些要求有:

(1)合适的相变温度;

(2)较大的相变潜热;

(3)合适的导热性能;

(4)在相变过程中不应发生熔析现象,以免导致相变介质化学成分的变化;必须在恒定的温度下熔化及固化,即必须是可逆相变;

(5)不发生过冷现象(或过冷很小),性能稳定;

(6)无毒,对人体无腐蚀;

(7)与容器材料相容,即不腐蚀容器;

(8)不易燃;

(9)较快的结晶速度和晶体生长速度;

(10)低蒸汽压;

(11)体积膨胀率较小;

(12)原材料易购,价格便宜。

2.2 相变储能材料的分类

根据相变材料的相变形态、相变过程的不同,可分为固一液相变、固一固相变、固一气相变、液一气相变储能材料,由于后两种相变储能材料在相变过程中有大量气体存在,材料有较大的体积变化,因此,虽然它们有较大的相变焓,但是在实际应用中很少被选用。固一固相变材料通常易发生严重过冷、储热性能衰退快,而且储存材料的容器价格高,因此对其研究和应用也不是很多。目前研究和应用较多的是固一液相变储能材料,因为其技术较成熟。根据相变材料的组成的不同,又可分为无机化合物、有机化合物及有机/无机、无机/无机和纤维复合储能材料。无机相变材料使用较多的主要是碱土金属卤化物、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐等水合盐。其中醋酸盐类主要有CH3COONa·3H2O、CH COONa·2H2O、CH3COOLi·2H2O等;硝酸盐类有Mg(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·4H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)·6H2O、Zn(NO3) · H2O等;硫酸盐类有Na2SO4·10H2O、FeSO4·7H2O等;磷酸盐类有Na2HPO4·12H2O、K3PO4·7H2O、Na3PO4·H2O等;碳酸盐类有Na2CO3·12H2O等;卤化物类有CaC·6H2O、KF·4H2O等。

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