相变储能材料的研究及应用新进展-第2页-北极星储能网

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结晶水合盐通常是中低温储热相变材料，其特点是使用范围广、价格较便宜、导热系数大、密度较大、单位体积储热密度较大，一般呈中性。其缺点是过冷度大、容易析出;再者，无机盐在熔化时存在相分离现象。解决过冷的办法通常采用：①加成核剂，即加入微粒结构与盐类结晶物相类似的物质作为成核剂，如在Na2SO4・10H2O中加入成核剂硼砂;②冷指法，即保持一部分冷区使未融化的部分晶体作为成核剂。对于结晶水合盐的析出问题常采用以下几种解决方法：①加入某种增稠剂，如在Na2SO4・10H2O中加入适量的活性白土;②加入晶体结构改变剂;③盛装相变材料的容器采用薄层结构;④搅动等。

1.2有机相变材料

常用的有机储热材料是高级脂肪烃、醇、羧酸及盐类、某些聚合物，其优点是固体成型好，不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，但与无机储热材料相比其导热系数较小。

与水合盐相比，石蜡具有很理想的熔解热。选择不同的碳原子个数的石蜡类物质，可获得不同的相变温度，相变潜热大约在160～270kJ/kg之间。石蜡作为储热相变材料的优点是：无过冷及析出现象，性能稳定，无毒，无腐蚀性，价格便宜。缺点是：导热系数小，密度小，单位体积储热能力差;而且，在相变过程中由固态到液态体积变化较大，凝固过程中有脱离容器壁的趋势，这使传热过程复杂化。

针对石蜡类相变材料的上述问题，目前常采用的解决方法为：

①微囊包封技术。微囊包封技术是将石蜡或无机水合盐等固—液相变材料先分散为固态或液态的球形微小颗粒，再在表面包封上一层性能稳定的高分子薄膜，即得到微囊包封相变材料。微胶囊包封相变材料技术近年来得到迅速发展。目前存在的主要问题是作为核心的固—液态相变材料的相变体积变化高达15%以上，反复的吸收和膨胀影响材料的使用寿命;因此要求高分子包封层具有足够的厚度和强度，从而增加了微胶囊的包封成本。另一缺点是该类材料的导热系数低，在许多场合需加入导热添加剂，同样也会增加成本，而且降低了储热容量和温度调控能力。

②物理共混法。物理共混法是利用物理相互作用把固—液相变材料固定在载体上，包括吸附作用(分子间作用力或氢键力)或包封技术(网状结构)。该类材料在本质上进行固—液相变，宏观上仍能保持稳定的固态形状，常被称为定形相变材料(PCM)。定形相变材料通常由相变材料和支撑材料组成，在超过相变材料的相变温度时，这种复合相变材料在宏观上仍能保持其固体形态，而在微观上发生固—液相变，是一种不需要封装的相变材料;因此在充热和释热过程中，不存在与容器壁的脱离问题。缺点是相变材料易析出，由于物理作用力相对较小，材料经多次使用时，易发生相变材料与支撑体脱附及渗漏现象;因此该方法还需进一步探索适宜的工艺，以获得均匀、稳定、力学性能良好的定形相变材料。

脂肪酸类储热相变材料，其性能和特点以及应用方法与石蜡相似。脂肪酸类相变材料的研究与应用也受到国内外学者的重视，将硬脂酸及其它脂肪酸经特殊的处理，融入二氧化硅溶胶中，可形成以硅酸盐为核、周围吸附着脂肪酸分子的稳定结构。脂肪酸可以随温度的变化而发生相转变，但不会形成流淌的液体状态，成为一种类似于固—固相变的PCM粉末，相变焓约为50～150J/g，相变温度与脂肪酸的碳原子个数有关，范围为-15～70℃。脂肪酸类复合PCM的优点是原料易得、成本低，但脂肪酸性能不稳定，容易挥发和分解。

多元醇是一类很具潜力的相变储能材料，具有多种相变温度，固—固转变时有较高的相转变焓，可供选择使用的相变温度较多，转变时体积变化小，过冷度低，以及无腐蚀、热效率高、使用寿命长等优点。该相变材料储能原理同无机盐一样，也是利用晶型之间的转变来进行吸热或放热的。

原标题：相变储能材料的研究及应用新进展

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