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當前位置：相變材料的種類
發布時間：2022-12-02 15:50:44
炙手可熱的導熱儲熱材料：相變材料
全球經濟的快速發展導致對能源的需求快速增長，如今能量儲存已成為可再生能源技術體系的重要組成部分。其中，熱能儲存系統（Thermal energy storage system，TESS）是一種通過加熱或冷卻存儲介質來儲存熱能，以便在以后的時間里可以使用儲存的能量來為加熱和冷卻提供能源。熱能儲存技術在建筑物和工業過程中使用，可以提高整體效率和可靠性，并能得到更好的經濟效益，減少投資和運行成本，減少環境污染，減少碳的排放。
儲熱系統一般是將熱量存儲在儲熱介質中，高能量密度和高放熱吸熱效率是所有儲熱系統的理想特性。從目前世界研究的方向來看，熱量存儲一般可以分為顯熱儲存、潛熱儲存和化學儲存這三種方式。
其中顯熱儲存材料在能量釋放過程中溫度不能保持穩定，而且在熱交換中熱損失較高，不能長期保存熱量，且蓄熱能力較低，不能滿足如今的工業要求；化學儲熱是利用儲熱材料可逆吸熱/放熱反應過程來儲存和釋放熱量，盡管這種方法儲熱能力比較好，熱損失比較小，但是要面臨儲熱材料對設備的腐蝕、傳熱和傳質能力差和材料開發難等問題，限制了實際應用；潛熱儲存技術是利用相變材料在相變過程中吸收或釋放熱量，從而進行熱量交換，彌補了顯熱儲存不能長期保存熱量的缺點，而且儲能密度較大，沒有化學反應的發生，不會對生態環境造成危害。
因此在儲熱領域最有前景的便是潛熱儲存，不僅可以解決熱能在時間和空間上不匹配的問題，而且還可以應用于紡織、建筑和航天等領域。
相變材料的種類
一、按相變化分類
按蓄熱過程中相的變化可分為固-固、固-液、固-氣和液-氣相變材料。由于固-氣和液-氣相變材料在相變過程中體積變化很大，對儲熱設備要求高，通常不易在實際中應用。
（1）固-固相變材料
固-固相變材料主要包括多元醇類（季戊四醇、新戊二醇、三羥甲基乙烷等）、無機鹽類（Li2SO4、KHF2 等）和有機高分子類（高密度聚乙烯等）。
固-固相變材料是通過物質晶體結構的轉換來吸收和釋放熱量，在轉換過程中不存在相態的變化，所以體積變化小，沒有過冷和泄露等問題，但是不適合與其他材料進行復合，否則會影響晶體結構的轉換，降低材料的儲熱能力，不適合大規模的應用。
（2）固-液相變材料
固-液相變材料憑借材料來源廣泛、價格低廉、較高相變潛熱等優點逐漸成為研究的熱點，主要包括高級脂肪烴類（正十六烷、正十八烷、石蠟等）、脂肪酸及其酯類（硬脂酸、棕櫚酸等）、結晶水合鹽類（Na2SO4·10H2O、Mn(NO3)2·6H2O 等）、熔融鹽類（LiF、NaF、CaF2等）、金屬及合金類（鉛-錫合金等）和高分子類（聚乙二醇等）。
二、曼柯威相變材料按成分的分類
按相變材料的成分可以分為有機、無機、共晶相變材料。
（1）有機相變材料
有機相變材料可以在不發生相分離的情況下多次熔化和凝固，且在結晶的時候有很小或者沒有過冷度，通常不具有腐蝕性，一般分為石蠟類（烷烴類及其混合物）和非石蠟類（脂肪酸、醇類、脂類等及其衍生物）。
在實際應用中，考慮到成本問題，大多采用工業石蠟，有機相變材料物理化學性質穩定，具有過冷度小、相變潛熱較大、熱穩定性好等優點，但是導熱系數較小，傳熱能力較差。
（2）無機相變材料
無機相變材料主要被應用于低溫和高溫環境中，包括結晶水合鹽類、熔融鹽類（硝酸鹽、碳酸鹽、鹵化物等）、金屬類。其中因水合鹽相變過程容易因各組分密度不一致發生相分離，限制了其應用；熔融鹽一般用于工業余熱的回收和航天領域；金屬類金屬類一般由低熔點金屬及其合金組成，它們具有很高的相變焓值、良好的熱穩定性及其高導熱能力，可以被用于發電廠回收余熱或存儲熱量。
（3）共晶相變材料
共晶相變材料一般是具有相似或一致熔點和凝固點的材料組合，包括無機-無機、有機-有機或者無機-有機相變材料的二元或多元共晶體系，通過混合多種相變材料克服單一相變材料的缺點，使其更好的應用于實際情況。
