相变储能材料

1、LOGO相变储能材料相变储能材料材料学院材料学院邹美帅邹美帅 相变储能技术相变储能技术v 当今能源已经从主要依赖化石燃料缓慢而稳步地向着能源多元化的方向发展，特别是自然能源的扩大利用。特别是自然能源的扩大利用。v 储能：储能：又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件比较稳定的存在形态的过程。v 储存形态：储存形态：机械储能、化学储能、电磁储能、风能储存、水能储存。v 无论在工业生产和日常生活中，能量储存非常重要。能量储存非常重要。v 近年来能源科学和材料科学领域中十分活跃的前沿研究方向。 相变储能技术相变储能技术v 储能技术有广泛的用途： （1）防止能量品质的自动恶化； （2）改善能源转换过程的性

2、能； （3）方便经济的使用能量； （4）降低污染、保护环境。v 储能技术中应用最广是： （1）电能储存；（2）太阳能储存；（3）余热的储存v 储能系统本身并不节约能源，能够提高能源利用体系的效率，促进新能源如太阳能和风能的发展 相变材料相变材料v 相变储能技术是以相变储能技术是以相变储能材料相变储能材料为基础的高新技术为基础的高新技术; ;v 相变材料属于能源材料的范畴相变材料属于能源材料的范畴; ;是指能在特定温度是指能在特定温度( (相变相变温度温度) )下发生下发生物相变化物相变化的材料，材料的分子排列在有序的材料，材料的分子排列在有序与无序之间迅速转变，同时伴随着吸收或释放热能的现与无

3、序之间迅速转变，同时伴随着吸收或释放热能的现象来储存或放出热量，进而调整、控制工作源或材料周象来储存或放出热量，进而调整、控制工作源或材料周围环境温度，以实现其特定的应用功能。围环境温度，以实现其特定的应用功能。v 相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度近似恒定、相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度近似恒定、节能效果显著、相变温度适宜、易于控制等优点。节能效果显著、相变温度适宜、易于控制等优点。 2 2 相变储能材料相变储能材料v 相变储能材料的分类常见的方式主要有两类：（1）按相变储能材料的科学属性按相变储能材料的科学属性分类，分为: 无机类、有机类和复合类。（2）按材料的相变行为或相变性

4、质材料的相变行为或相变性质分类。分为: 固一液相变、固一固相变、固一气相变和液一气相变储能材料。 本章主要讨论固-液相变和固-固相变材料2.1 2.1 固一液相变储能材料固一液相变储能材料v 固一液相变储能材料固一液相变储能材料是研究相对成熟的一类相变储能材料。v 其原理：其原理：固一液相变储能材料在温度高于材料的相变温度时，吸收热量，物相由固态变成液态；当温度下降至低于相变温度时，物相由液态变成固态，放出热量。 固固- -液相变储能材料液相变储能材料v 该过程为可逆过程该过程为可逆过程v 此类相变储能材料此类相变储能材料：成本低、相变潜热大、相变温度范围较宽等优点。v 目前国内外研制的固一液

5、相变储能材料主要包括无机类和有机类两种无机类和有机类两种 固固- -液相变储能材料液相变储能材料- -无机类无机类v 无机相变储能材料无机相变储能材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金和其他无机物。v 应用最广泛的是结晶水合盐。其可供选择的熔点范围较宽，从几摄氏度到一百多摄氏度，是中温相变储能材料中最重要的一类。v 使用较多使用较多的主要是碱及碱土金属的卤化物、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐等。 固固- -液相变储能材料液相变储能材料- -有机类有机类v 这类相变储能材料常用的有石蜡、烷烃、脂肪酸或盐类、醇类等v 高分子类有聚烯烃类、聚多元醇类、聚烯醇类、以及其他的一些高分子。其中典型的有尿素、

6、硬脂酸、CnH2n+2、CnH2n、聚乙二醇等。v 有机相变储能材料有机相变储能材料复合形成二元或多元相变储能材料。2.1 2.1 固一液相变储能材料固一液相变储能材料v 固一液相变储能材料是目前应用最为广泛的相变储是目前应用最为广泛的相变储能材料能材料:(1)较小的温度范围内发生相变;(2)潜热也比较大;(3)体积变化相对较小，v 相变过程中有液相产生，具有一定的流动性，因此必须有容器盛装且容器必须密封，以防止泄漏、腐蚀或污染环境,很大程度上束缚了固一液相变储能束缚了固一液相变储能材料在实际中的应用材料在实际中的应用。2.2 2.2 固一固相变储能材料固一固相变储能材料v 固一固相变储能材料

7、固一固相变储能材料 相变发生前后材料的晶体结构从一种结晶形式转变为另外一种结晶形式从而吸收或释放热量。相变过程中无液相产生，相变前后体积变化小，无毒、无腐蚀，对容器的材料和制作技术要求不高，过冷度小，使用寿命长，是一类很有应用前景的储能材料。v 目前研究的固一固相变储能材料主要有固一固相变储能材料主要有无机盐类、多元醇类和交联高密度聚乙烯。2.2 2.2 固一固相变储能材料固一固相变储能材料v l) l) 无机盐类无机盐类v 该类相变储能材料主要是的相变温度较高利用固体状态下不同种晶型的转变进行吸热和放热，通常他们，适用于高温范围内的储能和控温。v 目前实际应用的主要是层状钙钛矿、Li2SO4

8、、KHF2等物质。2.2 2.2 固一固相变储能材料固一固相变储能材料v2)2)多元醇类多元醇类v 一种新型理想的太阳能储能材料一种新型理想的太阳能储能材料，日益受到重视。v 多元醇类相变储能材料多元醇类相变储能材料主要有：季戊四醇(PE)、新戊二醇(NPG)、2一氨基一2一甲基一1，3一丙二醇(AMP)、三羟甲基乙烷、三羟甲基氨基甲烷等，v 该类相变储能材料的相变温度较高，适合于中适合于中、高温的储能应用、高温的储能应用。2.2 2.2 固一固相变储能材料固一固相变储能材料v 3)3)交联高密度聚乙烯交联高密度聚乙烯v 高密度聚乙烯的熔点一般都在125以上，但通常在100 以上使用时会软化。

9、经过辐射交联或化学交联之后，其软化点可提高提高到150 以上。v 这种材料的使用寿命长、性能稳定、无过冷和层使用寿命长、性能稳定、无过冷和层析现象、力学性能较好、便于加工成形析现象、力学性能较好、便于加工成形，是真正意义上的固一固相变储能材料，具有较大的应用价值。3 3 储能材料的遴选原则储能材料的遴选原则v 高储能密度v 相变温度v 相变过程v 导热性v 稳定性v 密度v 压力v 化学性能v 体积变化v 过冷度 相变相变储能材料的应用储能材料的应用 相变材料的应用相变材料的应用v 在太阳能供暖系统上的应用在太阳能供暖系统上的应用v 在工业加热过程的应用在工业加热过程的应用v 在纺织行业的应用在纺织行业的应用v 在建筑领域的应用在建筑领域的应用7 7 未来相变材料的研究方向未来相变材料的研究方向v 研制出系列相变温度的固研制出系列相变温度的固- -固相变材料固相变材料v 改善相变材料的导热性能和相变速率改善相变材料的导热性能和相变速率v 研制高能量密度的相变材料研制高能量密度的相变材料v 开发多功能相变材料：导电相变材料、防水相变材开发多