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相變儲能材料現(xiàn)狀和應(yīng)用
發(fā)布時間：2013-11-25
1 引言
隨著全球工業(yè)的高速發(fā)展，自從20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了能源危機及大量的能源消耗導(dǎo)致的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，人們一直在研究高效能源、節(jié)能技術(shù)、可再生環(huán)保型能源、太陽能利用技術(shù)等。如何節(jié)約和利用有限的能源，是人類一直在研究的課題，近三十余年來一直受到國際能源界的廣泛重視 儲能技術(shù)作為一種合理、高效、清潔利用能源的重要乎段，已廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、航空航天乃至于日常生活。而儲能技術(shù)的核心是儲能材料，其中，相變儲能材料與一般儲能材料相比，具有儲能密度大、儲熱容器體積小、熱效率高以及吸熱放熱溫度恒定等優(yōu)點，因此，成為近年來各國競相研究和開發(fā)的熱點。
2 相變儲能材料的性能要求和分類
相變儲能材料是指在其物相變化過程中，可以與外界環(huán)境進行能量交換(從外界環(huán)境吸收熱量或者向外界環(huán)境放出熱量)，從而達到控制環(huán)境溫度和利用能量目的的材料。也就是利用相變材料在溫度高于相變點時吸收熱量而發(fā)生相變(融化蓄熱過程)，使其溫度不再升高或升高較少；當(dāng)溫度下降，低于相變點時，發(fā)生逆向相變(凝固放熱過程)，相變材料可以恢復(fù)原來的相結(jié)構(gòu)，放熱進行工作。雖然人們研究過的天然和合成的相變材料有很多種，但美國Dow化學(xué)公司對近兩萬種的相變材料進行了測試，發(fā)現(xiàn)只有l(wèi)％的相變材料可以進行進一步研究。
2．1 相變儲能材料的性能要求
對于實際使用的相變儲能材料必須滿足的一些要求有：
(1)合適的相變溫度；
(2)較大的相變潛熱；
(3)合適的導(dǎo)熱性能；
(4)在相變過程中不應(yīng)發(fā)生熔析現(xiàn)象，以免導(dǎo)致相變介質(zhì)化學(xué)成分的變化；必須在恒定的溫度下熔化及固化，即必須是可逆相變；
(5)不發(fā)生過冷現(xiàn)象(或過冷很小)，性能穩(wěn)定；
(6)無毒，對人體無腐蝕；
(7)與容器材料相容，即不腐蝕容器；
(8)不易燃；
(9)較快的結(jié)晶速度和晶體生長速度；
(10)低蒸汽壓；
(11)體積膨脹率較小；
(12)原材料易購，價格便宜。
2．2 相變儲能材料的分類
根據(jù)相變材料的相變形態(tài)、相變過程的不同，可分為固一液相變、固一固相變、固一氣相變、液一氣相變儲能材料，由于后兩種相變儲能材料在相變過程中有大量氣體存在，材料有較大的體積變化，因此，雖然它們有較大的相變焓，但是在實際應(yīng)用中很少被選用。固一固相變材料通常易發(fā)生嚴重過冷、儲熱性能衰退快，而且儲存材料的容器價格高，因此對其研究和應(yīng)用也不是很多。目前研究和應(yīng)用較多的是固一液相變儲能材料，因為其技術(shù)較成熟。根據(jù)相變材料的組成的不同，又可分為無機化合物、有機化合物及有機/無機、無機/無機和纖維復(fù)合儲能材料。無機相變材料使用較多的主要是堿土金屬鹵化物、硝酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽及醋酸鹽等水合鹽。其中醋酸鹽類主要有CH3COONa·3H2O、CH COONa·2H2O、CH3COOLi·2H2O等；硝酸鹽類有Mg(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·4H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)·6H2O、Zn(NO3) · H2O等；硫酸鹽類有Na2SO4·10H2O、FeSO4·7H2O等；磷酸鹽類有Na2HPO4·12H2O、K3PO4·7H2O、Na3PO4·H2O等；碳酸鹽類有Na2CO3·12H2O等；鹵化物類有CaC·6H2O、KF·4H2O等。
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