相变在储能材料中的应用(求实队第二次稿件).docVIP

第二周（25%） 相变在储能材料中的应用 二、固-液相变储能材料 1、无机储能材料 1.1 无机化合物结晶水合盐　　结晶水合盐是中低温贮能相变材料中重要的一类，其熔点范围从几摄氏度到一百多摄氏度 。它是利用脱出结晶水使盐溶解吸热，吸收结晶水放热达到贮能的目的。这类物质用得较多 的是碱金属和碱土金属的卤化盐、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐等盐类的水合物。其代表性如、、等。　　这类相变材料的特点是：导热系数较大（与有机类相变材料相比）、溶解热高、贮能密度 大、价格较便宜、应用广泛。但此类材料主要有两个问题：　　（1）过冷现象：即物质冷却到“凝固点”时并不结晶，须冷却到“凝固点”以下一定温度 时才开始结晶。所有水合盐都有过冷现象。在不同条件下，不同结晶水合盐的过冷度不同，这往往给应用带来不良的影响。产生过冷现象的原因是大多数结晶水合盐结晶时成核性能差。目前的解决方法有两种，一是加成核剂，即针对过冷现象产生的原因，向体系加微粒结构与盐类结晶物相类似的物质作为成核剂；二是冷指法，即保留一部分固态相变材料，使未融化的部分晶体作为成核剂，这一方法非常简单，且行之有效。　　（2）析出现象：加热时，某些盐类有部分不溶解于结晶水而沉于底部，冷却时也不与结晶 水结合，从而形成分层。针对这一现象解决的方法有：a、将容器做成很浅的盘状结构；b、冷却时摇晃或搅动混合物；c、更有效的方法是在混合物中添加增稠剂。熔融盐、金属及合金? 熔融盐、金属及合金一般用在高温贮能系统。Al－Mg、Mg－Zn等金属合金具有很高的熔解热，都可作为高温贮能材料。但这类材料若要大量使用，还有不少问题需要解决，如导热性、价格、毒性等，特别是对容器的腐蚀性。　　无机相变材料的研究较早，目前已在航空航天、太阳能贮存、民用等很多领域得到应用。如美国研制的LiF-CaF2相变材料已用于空间站太阳能热动力发电系统中。皮启铎研究了用Na2SO4、CaCl2盐溶液作为相变材料来贮存太阳能华中理工大学等用铝合金相变材料作为贮能元件研制出了贮能式聚光太阳灶.2 有机化合物石蜡类　　石蜡主要由直链烷烃混合而成，一般说来，其熔点和熔解热随碳链的增长而增大，这样可以得到一系列相变温度的贮热材料，但随着碳链的增长，熔点的增加值逐渐减小，最终将 趋于一定值。表2列出石蜡类部分材料的热力学数据。石蜡作为相变贮能材料具有很多优点，如熔解热高、发生相变时蒸汽压低、结晶时自成核无析出、无过冷现象、化学性质稳定、无毒无刺激性气味、价格低等。石蜡虽有如此多的优点，但它也有令人不满意的地方，如导热性能较差等问题。在应用时常在其中加金属网络、金属粉末来改善其导热性能。 脂肪酸类　　这类材料常用的有肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸等。作为贮能相变材料，脂肪酸类表现出良好的循环熔融/结晶稳定的热性能，无过冷和析出现象、熔点适中等。但它的价格较高，通常是石蜡的两三倍。表3列出了一些经实验测定所得的脂肪酸类相变材料的热物性数据。现有的文献报道中出现同种脂肪酸的熔点和熔解热数据有所差异，可能是由于其纯度、生产厂家不同而造成的。 其它　　高分子化合物类的相变贮能材料，如高密度聚乙烯、聚乙二醇等，它们既具有小分子有机相变材料的优点，又具有高分子材料特性，是一类很有发展前途的相变贮能材料。又由于它们是一种具有分子量分布的混合物，且分子链较长，结晶并不完全，因此它的熔融过程有一个较宽的温度变化范围，而且多数聚烯烃类的熔解温度在100以上。近年来，针对高分子类相变贮能材料的缺点，人们用交联改性、纤维接枝等方法研制出了多种新型的相变贮能材料。　　有机化合物因具有自成核、无过冷等优点，更适合于贮能应用。Kauranen开发的将脂肪酸 注入多孔建筑材料内而形成相变材料墙板，其熔解热可达540kJ/m2。日本专利报道了可维持新鲜食物在0～15的保鲜剂，其贮能材料的主要成分是有机物、水和表面活性剂。Shim等将有机石蜡类相变材料对织物进行涂层或制成微胶囊混入纺织液中进行纺丝，做成调温服装。  共熔体系和复合材料 共熔体系 　　许多单一材料在使用时，由于相变温度较高，难以适应低温贮能系统的要求。因此人们常将几种相变材料进行混熔处理，形成二元或多元的共熔体系，以降低材料的熔点，得到熔化温度范围较宽、性能更优越的相变材料，使之得到更好的应用。如Sari等研究的月桂酸和硬脂酸共熔体系，熔点只有37,均低于两纯酸的熔点。陈伟珂等人研究的多种有机相变材料的共熔体系，具有相变温度适宜、较好的凝固与熔化等热力学性能。部分报道的水合盐、脂肪酸共熔材料的热物性数据列于 1.4.2复合材料? 　　固-液相变材料在实际应用时存在着种种不足：如相变时体积的膨胀收缩变化，液体的产生与渗漏；有机类导热系数较小，在