相變儲能材料

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1、相變儲能材料的研究 摘要：相變儲能材料對于能源的開發(fā)和合理利用具有重要的意義，在太陽能利用及工業(yè) 余熱回收方面有顯著的優(yōu)點。綜述了固—固相變，固—液相變儲能材料的特性及應(yīng)用，及它 們的優(yōu)缺點。探討了這方面的發(fā)展方向，展望了儲能技術(shù)市場化應(yīng)用的前景。 關(guān)鍵詞：相變材料 儲能 固—固相變 固—液相變 引言：今年來，相變儲能材料成為了國內(nèi)外研究的熱點，相變儲能技術(shù)可以解決能量問 題，能提高能源的利用率。相變儲能材料是指在其物相的變化中可以從環(huán)境中吸收或放出熱 量，從而達(dá)到儲能和釋放能量的目的。利用此性質(zhì)，可以在太陽能，工業(yè)余熱，電力的“移 峰填谷”與民用的建筑及空調(diào)的節(jié)能領(lǐng)域制造出各種提高能源利

2、用率的設(shè)施。同時由于在相 變的過程中，溫度的幾乎恒定，因此也可以用于調(diào)節(jié)周圍環(huán)境的溫度，并且可以反復(fù)使用。 由于相變材料的應(yīng)用十分廣泛，它已成為人們?nèi)找嬷匾暤男滦筒牧稀? 相變儲能材料根據(jù)相變形式、相變過程主要分為固—固相變、固—液相變儲能材料。 按相變溫度范圍分為高溫、中溫、低溫儲能材料。通常相變儲能材料是由多組分組成的，包 括主儲熱劑，變相點調(diào)整劑、防過冷劑、防相分離劑、相變促進(jìn)劑等。 固—固相變儲能材料 目前開發(fā)的固—固相變儲能材料中，多元醇在實際應(yīng)用中較多。這類相變材料主要有 PE、PG、NPG 等。低溫時他們具有高對稱的層狀體心結(jié)構(gòu)，同層分子以范德華力連接，層 與層直接由一OH形

3、成氫鍵連接，當(dāng)達(dá)到固一固相變時，將變?yōu)榈蛯ΨQ的面心結(jié)構(gòu)，同時氫 鍵會發(fā)生斷裂，分子發(fā)生由晶態(tài)變?yōu)闊o定形態(tài)的轉(zhuǎn)變，放出氫鍵的能量。若溫度繼續(xù)升高， 則轉(zhuǎn)化為液態(tài)，但是要發(fā)生固一液相變所須溫度很高，所以發(fā)生固一固相變后仍溫度仍有很 高的上升幅度而不至于發(fā)生固一液相變。所以在儲熱的過程中體積變化很小，對封裝的技術(shù) 要求不是很高，固一固相變的熱較大，大小與分子中含的羥基數(shù)目有關(guān)，分子中的羥基數(shù)目 越多，則相變過程中的焓變越大。 幾種多元醇的相變溫度和相變熱見下表： 表1 名稱 分子中羥基數(shù)目 相變溫度/°c 相變焓 J/g 熔點/c PE 4 188 323 260 PG

4、3 81 193 198 NPG 2 43 131 126 多元醇的相變溫度較大，所以限制了其使用性，只有增大相變穩(wěn)定范圍，滿足各種情況 下對儲熱溫度的要求才能讓其有是用性。為了達(dá)到這個要求可以將多元醇的兩種或三種按不 同比例混合，調(diào)節(jié)相變溫度。不同種類和不同比例的多元醇的混合體系其相變溫度和焓變有 較大變化，其中加入TMP所形成的PE—TMP體系最為好。 多元醇二元體系的轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變焓見下表： 表2 組分 PE% 相變溫度。C 相變焓 KJ/mol PE 100 188 36.8 PE—TM 50 48 125.4 PE—NGP 25 1

5、19 5.56 50 169 10.17 PE—PE 50 123 22.3 72 149 28.8 多元醇相變材料有使用壽命長、 相變焓大、 無液相產(chǎn)生、體積變化小等優(yōu)點。 固—液相變儲能材料 目前固—液相變儲能材料比固—固相變儲能材料更成熟，主要有無機水合鹽和有機物。 無機儲能材料 無機水和鹽有較大的溶解熱和固定的熔點，是低中溫相變中的重要材料，主要有結(jié)晶水 和鹽、熔融鹽、金屬和金屬合金等。使用較多的主要有堿及堿土金屬鹵化物、硝酸鹽、硫酸 鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽等。但是這類材料易出現(xiàn)“相分離”和“過冷”的現(xiàn)象?！跋?分離”現(xiàn)象是指多次反復(fù)使用后

6、，材料中的鹽和水分離，有部分鹽步溶于結(jié)晶水而沉在底部， 形成分離現(xiàn)象，導(dǎo)致儲能能力下降，縮短了使用周期。如果加入增稠劑和晶體結(jié)構(gòu)改變劑后 就能解決該問題?！斑^冷”現(xiàn)象是指物質(zhì)到達(dá)冷凝點并不結(jié)晶而是要到冷凝點一下才會發(fā)生， 這樣會導(dǎo)致相變溫度發(fā)生變化。要防止“過冷”現(xiàn)象常選用過冷傾向、熔點比相變材料略高、 組成與性質(zhì)接近相變材料的化合物。 常用無機水和鹽相變材料見下表： 表4 相變材料 熔點/C 熔解熱J/g 防過冷劑 防相分離劑 硫酸鈉 32.4 250.8 硼砂 高吸水樹脂 十二烷基苯磺酸鈉 醋酸鈉 58.2 250.8 Zn(OAc)2 Pb(O

7、Ac)2 明膠、樹膠 陰離子表面活性劑 氯化鈣 29 180 BaS 二氧化硅、膨潤土 CaSO4 聚乙烯醇 磷酸氫二鈉 35 205 硼砂、石墨 聚丙烯酰胺 為了適合應(yīng)用要求，需加入柔軟劑如硅酸鈉、甘油等；為調(diào)節(jié)相變溫度可以采用混合相 變材料。 有機儲能材料 有機相變儲能材料常有高級脂肪烴類、醇類、芳香烴類、多羥基碳酸類等。另有高分子 類、聚烯烴類、聚烯醇類、聚烯酸類。其中典型的有尿素、CFC、PE、PEG、PMA、PA等。 一般說來同系有機物的相變溫度和相變焓會隨著碳鏈的增加而增大，這樣就可以得到具 有一系列的相變溫度儲能材料，但是隨著碳鏈的

8、增加，溫度的變化值會逐漸減小。由于高分 子化合物類的相變材料是具有不同分子量的混合物組成的，并且由于分子鏈較長，結(jié)晶并不 完全，因此它的相變過程有個熔融溫度范圍。 有機相變儲能材料有固體成型好、不易發(fā)生“相分離”和”過冷”的現(xiàn)象，腐蝕性小、性 能穩(wěn)定等優(yōu)點。 目前，為了克服固—液相變儲能材料流動性的缺點，出先了很多形狀穩(wěn)定的固—液相變 材料。即在相變過程中，外形可以保持固態(tài)，而不流動。這類材料主要是在有機物中加入高 分子樹脂類，如聚乙烯、聚苯乙烯等。 結(jié)論及展望： 如果在水泥中加入這些材料，這樣的水凝就能在建筑中有很大的前景，因為它可以合理 的利用太陽能，在外面溫度高的時候可以將能量儲

9、存起來，到溫度低的夜晚將能量釋放，保 證室內(nèi)的溫度穩(wěn)定，使室內(nèi)更加舒適，同時可以減少空調(diào)的使用，減少大氣污染。但是如何 保證材料能夠長期使用是一個很重要的問題包括循環(huán)使用過程中的性能退化問題，相變材料 從機體中泄漏等。如果能夠合理解決，這種水泥在市場上會有佷大的競爭力。 隨著人們生活水平的提高，人們對周圍環(huán)境的要求也會越來越高，對環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能 源、減少污染的要求也會逐漸提高，多以對儲能技術(shù)的需要也會更強烈。這樣必然會是儲能 技術(shù)更快的發(fā)展。因此，在不久的將來，儲能材料會有很大的市場，會獲得更為廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： [1] 薛平，李建立，孫國林，韓晉民. 儲能調(diào)溫新型材料在建筑領(lǐng)域的

10、應(yīng)用研究.材料導(dǎo)報， 2003年5月5期 [2] 馬烽， 王曉燕，程立媛. 癸酸-月桂酸/膨脹石墨相變儲能材料的制備及性能研究 .功能 材料報，2010年 S1 期 [3] 楊玉山，董發(fā)勤，甘四洋. 相變儲能混凝土的研究. 功能材料報，2007年 2 期 [4] 施韜，孫偉，王倩楠. 潛熱儲能石膏基建筑材料的制備及其儲（放）熱行為研究 .功能 材料報，2009年6月 34期 [5] 馬寶國，塞守衛(wèi)，金磊，張琴. 無機/相變定型儲能材料的制備研究進(jìn)展 .材料導(dǎo)報，2008 年 12 期 [6] 周盾白，周子鵠，賈德民. 機相變材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展. 材料導(dǎo)報，2009 年 15 期

11、 [7] 陳愛英，汪學(xué)英，曹學(xué)增. 相變儲能材料的研究進(jìn)展與應(yīng)用. 材料導(dǎo)報，2003 年 5 期 [8] 樊耀峰，張興祥. 有機固-固相變材料的研究進(jìn)展. 材料導(dǎo)報，2003 年 7 期 [9] 黃金，張仁元， 伍彬. 復(fù)合相變儲能材料制備工藝對其浸滲率和相對密度的影響.材料 科學(xué)與工程學(xué)報，2006年5期 [10] 張仁元， 孫建強， 柯秀芳， 周曉霞. Al-Si 合金的儲熱性能. 材料研究學(xué)報，2006 年2期[11] 張東， 周劍敏，吳科如， 李宗津. 顆粒型相變儲能復(fù)合材料.材料研究學(xué)報， 2004年5期 [12] 趙建國，郭全貴，高曉晴，魏興海，史景利，要立中，劉朗 .

12、石蠟/膨脹石墨相變儲能 復(fù)合材料的研制.新型炭材料，2009年2期 [13] 史巍，張雄. 相變儲能大體積混凝土的控溫性能 .《同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》，2010 年4期 [14] 繆春燕，褚曉東，姚有為，唐國翌，翁端. 復(fù)合固液相變儲能微球的制備. 功能材料， 2008年 10期 [15] 馬烽，王曉燕，李飛，陳明輝. 定形相變儲能建筑材料的制備與熱性能研究. 材料工程， 2010年6期 [16] 施韜，孫偉. 相變儲能建筑材料的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展. 硅酸鹽學(xué)報，2008 年 7 期 [17] 梁辰，閆全英，張林，李國棟. 墻體儲能用定形相變石蠟儲熱性能的實驗研究. 太陽能 學(xué)報，2

13、009年 12 期 [20] 劉成樓. 相變儲能材料在抗裂抹面砂漿中的應(yīng)用研究. 新型材料建筑報，2009年 7期 [21] 張燾，曾亮，張東. 膨脹石墨、石墨烯改善無機鹽相變材料熱物性能. 無機鹽工業(yè)，2010 年5期 [22] 周曉明.PEG/PVA高分子固-固相變儲能材料的制備.合成樹脂及塑料，2009年3期 [23] 顧曉華，西鵬，牛淑青，高芬. 一種新型固-固相變儲能材料的制備及其表征. 《中山 大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》2009 年 Z2 期 [24] 趙建國，郭全貴，劉朗，鮑居宇，王海青，王闖. 膨脹石墨基相變儲能材料的研究. 現(xiàn) 代化工， 2009 年 Z1 期 [

14、25] 宋曉慶，姜猛進(jìn)，葉光斗，李守群，徐建軍. 石蠟/聚乙烯醇相變儲能纖維的制備與表 征. 復(fù)合材料學(xué)報， 2008年1期 [26] 馬保國，蹇守衛(wèi)，金磊，穆松，張琴. 無機/相變定型儲能材料的制備研究進(jìn)展. 材料導(dǎo) 報， 2008年12期 [27] 付英，曾令可，王慧，劉艷春. 相變儲能材料在工業(yè)余熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展. 工 業(yè)爐， 2009 年 5 期 [28] 王昭俊. 相變儲能墻體材料傳熱理論與應(yīng)用研究綜述. 暖通空調(diào)， 2008年11期 [30] 張永娟，張雄，鄭雯，張耀忠. 復(fù)合相變納米組件用于大體積混凝土控溫研究. 《同濟 大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》,2010 年 9

15、 期 [31] 孫建強，張仁元. 金屬相變儲能與技術(shù)的研究與發(fā)展. 材料導(dǎo)報.， 2005年8期 [32] 尚燕，張雄. 儲能新技術(shù)--相變儲能. 上海建材， 2004年6期 [33] 李玉紅，焦慶影，夏定國，于志輝. 常低溫相變儲熱材料的研究和應(yīng)用. 化學(xué)教育， 2004 年 10 期 [34] 粟勁蒼，劉朋生. 具有儲能功能的聚氨酯固-固相變材料的研究. 《華東理工大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版）》,2006年2期 [35] 粟勁蒼，劉朋生. 高分子固-固相變儲能材料的研究與應(yīng)用. 《合成樹脂及塑料》， 2006 年2期 [36] 顧曉華，西鵬，劉朝輝，賈永堂，沈新元. 聚氨酯固-固相變儲能材料的研究. 中山大 學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007年Z1期 [37] 趙建國，郭全貴，劉朗，鮑居宇，王海青，王闖. 膨脹石墨基相變儲能材料的研究. 現(xiàn) 代化工， 2009 年 Z1 期 [38] 閆全英，王威. 在儲能過程中多元醇類相變材料揮發(fā)性的實驗研究 . 材料導(dǎo)報， 2005 年 z2 期 [39] 王艷秋，張恒中，朱秀林.（PEG1+PEG2）/PET共混固固相變材料中PEG共晶現(xiàn)象的 研究. 精細(xì)石油化工進(jìn)展，2002年 7期 [40] 尚建麗，李喬明，王爭軍，趙鵬 . 相變儲能材料的制備與研究. 化工新型材料，2010 年6期