相变储能材料的研究及应用新进展-北极星储能网

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摘要：综述了近年来相变储能材料的研究和应用新进展。介绍了相变材料的种类及各类相变材料特点，并对各类相变材料的性能、储能机理和优缺点进行了讨论;探讨了相变材料在太阳能利用、建筑节能等领域的应用;展望了未来相变材料的发展方向和应用前景。

周建伟1，刘星2

(1.平原大学能源与燃料研究所，河南新乡 453000;2.河南工业大学化学化工学院，河南郑州 450001)

物质的相变过程一般是一个等温过程，相变过程中伴随有大量的能量吸收或释放，这部分能量称为相变潜热。利用某些物质在相变过程中的吸热和放热现象可进行热能储存和温度调控，具有热能储存调控功能的这类物质称为相变材料(PCMs)或潜热储能材料(LTES)。与显热储能材料相比，潜热储能材料不仅能量密度较高，而且所用装置简单、使用方便且易于管理。

根据相变材料的组成，一般可将其分为无机化合物、有机化合物及无机—有机复合相变材料;根据相变材料相变形式一般又可分为固—固、固—液、液—气、固—气四类;按相变温度范围分为高温(>250℃)、中温(100～250℃)和低温(<100℃)储能材料。利用相变材料储能是提高能源利用效率和保护环境的重要手段之一，可以解决热能供给与需求失配的矛盾，在能源、航天、军事、农业、建筑、化工等领域展现出十分广阔和重要的应用前景。常低温相变材料是近年来国内外在能源利用和材料科学方面开发研究十分活跃的领域，得到了人们广泛的重视。

1相变材料的研究进展

1.1无机相变材料

许多无机结晶水合盐通常有较大的相变热及固定的熔点，它们在熔化时生成无水或低级的水合盐和水，熔化热大多在150～300J/g，且价格便宜，所以常作为潜热型储热材料使用。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CH3OONa・3H2O、CH3OONa・2H2O、CH3OOLi・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)2・6H2O、Zn(NO3)2・H2O等;硫酸盐类有Na2SO4・10H2O、FeSO4・7H2O等;磷酸盐类有Na2HPO4・12H2O、K3PO4・7H2O、Na3PO4・12H2O等;碳酸盐类有Na2CO3・12H2O等;卤化物类有CaCl2・6H2O、KF・4H2O等。

硫酸钠水合盐的熔点为32.4℃，熔解潜热为250.8J/g，它具有相变温度不高、潜热值较大两个优点。硫酸钠类储热剂不仅储热量大，而且成本较低，温度适宜，常用于余热利用的场合;但十水硫酸钠在经多次熔化—结晶的贮放热过程后，会发生相分离，为了解决这个问题，可加入防相分离剂。三水醋酸钠的熔点为58.2℃，熔解热为250.8J/g，属于中低温储热材料。三水醋酸钠作为储热材料，其最大的缺点是易产生过冷，使释热温度发生变动，通常要加入防过冷剂。为防止无水醋酸钠在反复熔化—凝固可逆相变操作中析出，还要加入明胶、树胶或阳离子表面活性剂等防相分离剂。

氯化钙的含水盐的过冷非常严重，有时甚至在0℃时其液态熔融物仍不能凝固。常用的防过冷剂有BaS、CaHPO4、CaSO4、Ca(OH)2及某些碱土金属过渡金属的醋酸盐类等。此类水合盐熔点接近于室温，无腐蚀、无污染，溶液是中性，所以最适合于温室、暖房、住宅及工厂低温废热的回收。

磷酸氢二钠的十二水盐的熔点为35℃，溶解热为205J/g。它的过冷温差较大，凝固的开始温度通常为21℃。一般可利用粉末无定形碳或石墨、分散的细铜粉、硼砂以及CaSO4、CaCO3等无机钙盐作为防过冷剂。这类储热剂较适合于人体的应用，在太阳能储热、热泵及空调等使用系统中也经常得到应用。

原标题：相变储能材料的研究及应用新进展

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