相变储能材料现状和应用

发布时间：2013-11-25

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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