无机相变储热材料

相变储热材料的发展趋势引言相变储热材料是一种能够在相变过程中吸收和释放大量热量的材料。

相变储热技术被广泛应用于太阳能、地热能、工业废热回收等领域，具有高效、可靠、环保等优点。

随着能源需求的增加和环境保护意识的提高，相变储热材料的发展趋势备受关注。

本文将从材料创新、性能改进、应用拓展等方面，对相变储热材料的发展趋势进行全面详细、完整且深入的分析。

材料创新新型相变材料传统相变储热材料主要包括蓄冰剂、蓄热剂等。

随着科技的进步，新型相变材料不断涌现。

高分子相变材料具有较高的储存密度和较长的使用寿命；纳米相变材料具有更快的相变速率和更好的稳定性。

复合相变材料为了进一步提高相变储热材料的性能，复合相变材料成为研究的热点。

复合相变材料是将两种或多种相变材料进行组合，通过相互作用实现性能的优化。

将高导热材料与相变材料结合，可以提高传热效率；将气孔材料与相变材料结合，可以增加储热容量。

生物可降解相变材料随着对环境保护要求的提高，生物可降解相变材料逐渐受到关注。

这些材料在使用过程中不会产生环境污染，并且可以降解为无害物质。

生物可降解相变材料的开发和应用将进一步推动相变储热技术的可持续发展。

性能改进热导率提高热导率是影响相变储热效果的重要因素之一。

为了提高热导率，在设计新型相变储热材料时需要考虑以下几个方面：增加导热介质的比例、优化导热介质的形态、改善导热界面等。

通过这些方法，可以显著提高相变储热材料的热导率，提高储热效果。

相变温度调控相变温度是相变储热材料的重要性能指标之一。

随着应用领域的不同，对相变温度的要求也各不相同。

相变温度的调控成为改善相变储热材料性能的关键。

通过添加适量的添加剂、调整材料组成等方法，可以实现对相变温度的精确调控。

循环稳定性提高循环稳定性是评价相变储热材料可靠性的重要指标之一。

在实际应用中，相变储热材料需要经历多次充放热循环。

为了提高循环稳定性，需要优化材料结构、改善相变过程中的应力分布、增加材料表面涂覆等。

相变材料1、无机相变材料的研发背景随着社会经济的发展，人类对能源的需求日益增加。

为此，人们开始寻找绿色可再生能源去取代地球上日趋匮乏的资源，例如太阳能、风能、地热能等。

然而，这些能源的间歇性给人类的利用带来极大不便，如何将能源进行很好的储存就显得尤为重要。

目前在热能领域，尽管多数采用显热方式进行储能，但其储热量小，放热不恒温、储热装置庞大等缺点已经影响了其进一步的应用。

是否能够找到一种储热量大，且吸/放热量时其温度保持不变的材料呢？潜热储能方式的发现恰好解决了显热储能的缺憾。

在此，以水为相变材料对显热和潜热进行比较：从图1可以看到，如果利用显热进行332KJ/Kg左右的储能，则水需要从1℃升高到80℃；而对于潜热只需要1Kg的冰变为水即可。

2、伟大自然能量、神奇无机相变材料在自然界，物质的状态普遍以固态、液态、气态存在，对于物质的每一种状态都可以称作一种“相态”。

当物质与外界环境进行热量交换，并达到某一“特殊温度点”时，其物理状态就会从一种相态转变为另一种相态。

这种相态的转变就是“相变”，相变时的特殊温度点就是“相变温度”。

而能够发生相转变的材料，称之为“相变材料（Phase Change Materials）”。

在物体从固态到液态这两种相变过程中，所储存或释放的能量也称为“相变潜热”。

物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。

无机相变材料是一种能够利用自然界能量进行能量储存和温度控制的功能性材料。

相比于其它能量储存方式（例如显然储能），相变蓄热材料具有以下特点：相变材料的单位质量(体积)的蓄热密度大；相变过程保持恒温；化学稳定性好；安全性高。

以上这些优点也为相变材料的应用推广起到了潜在的作用。

3、无机相变材料的研究进展随着科学技术的快速发展，能源逐渐成为人类赖以生存的基础，但是能源的供应与需求都有较强的时间性，为了提高能源利用效率、保护环境、解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用，电力的“移峰填谷”，废热回收利用以及建筑与空调的节能中，相变蓄热技术已正成为世界范围内研究的热点。

目前对国内外相变材料（!"#$%&’"()*%+,(-%./(0，!’,）储热性能的研究越来越多，相变材料有独特的潜热性能：它在其物相变化过程中，可以从环境吸收热（冷）量或向环境放出热（冷）量从而达到热量储存和释放的目的。

利用此特性不仅可制造出各种提高能源利用率的设施，同时由于其相变时温度近似恒定，可以用于调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用123。

从现在应用普遍程度来看，相变储热材料主要使用的是固液相变储热材料和固固相变储热材料。

固液相变材料主要优点是价廉易得。

但是固液相变储热材料存在过冷和相分离现象，会导致储热性能恶化，易产生泄露、污染环境、腐蚀物品、封装容器价格高等缺点。

固固相变材料在发生相变前后固体的晶格结构改变而放热吸热143，与固液相变材料相比，固固相变材料具有更多优点：可以直接加工成型，不需容器盛放。

固固相变材料膨胀系数较小，不存在过冷和相分离现象，毒性腐蚀性小，无泄露问题。

同时组成稳定，相变可逆性好，使用寿命长，装置简单。

固固相变材料主要缺点是相变潜热较低，价格较高153&。

67&相变储热材料的分类686&固—液相变储热材料68686硫酸钠类硫酸钠水合盐（9(:;<=>?:<）的熔点5:8=’，溶解潜热:@A8BCD*，它具有相变温度不高、潜热值较大两个优点。

硫酸钠类储热剂不仅储热量大，而且成本较低，温度适宜，常用于余热利用的场合。

然而十水硫酸钠在经多次熔化—结晶的贮放热过程后，会发生相分离，为了解决这个问题，可加入防相分离剂1=3。

6868:醋酸钠类三水醋酸钠的熔点是@B8:’，熔解热:@A8BCE*，属于中低温储热材料。

三水醋酸钠作为储热材料，其最大的缺点是易产生过冷，使释热温度发生变动，通常要加入防过冷剂1=3。

为防止无水醋酸钠在反复熔化—凝固可逆相变操作中析出，还要加入明胶、树胶或阳离子表面活性剂等防相分离剂。

相变材料的种类摘要：相变储能材料对于能源的开发与应用具有重要意义。

综述了相变储能材料的分类、相变特性、并展望其今后的发展方向。

关键字：无机相变材料；有机相变材料；储能；进展；前言相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。

相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

相变材料可分为有机和无机相变材料。

亦可分为水合相变材料和蜡质相变材料。

相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。

相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM 、有机PCM 和复合PCM 三类。

根据相变的方式不同，又可分为固—固相变,固液相变, 固气相变,液气相变.由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体存在，使材料体积变化较大，因此尽管它们有很大的相变热，但实际应用较少。

根据使用的温度不同又可分为低温，中温，高温三种。

无机相变材料固 -液相变材料是指在温度高于相变点时 ,物固相变为液相吸收热量 ,当温度下降时物相又由液相变为固相放出热量的一类相变材料。

目前 , 固 -液无机盐高温相变材料主要为高温熔融盐、部分碱、混合盐。

高温熔融盐主要有氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐等。

它们具有较高的相变温度 ,从几百摄氏度至几千摄氏度 ,因而相变潜热较大。

固 -固相变储能材料是利用材料的状态改变来储、放热的材料。

目前 ,此类无机盐高温相变储能材料已研究过的有SCN NH 4,2KHF 等物质。

2KHF 的熔化温度为 196 ℃,熔化热为 142 kJ/kg;SCN NH 4从室温加热到 150 ℃发生相变时 ,没有液相生成 ,相转变焓较高 ,相转变温度范围宽 ,过冷程度轻 ,稳定性好 ,不腐蚀 ,是一种很有发展前途的储能材料。

无机盐高温相变复合储能材料近年来 ,高温复合相变储能材料应运而生 ,其既能有效克服单一的无机物或有机物相变储能材料存在的缺点 ,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。

相变储热供热在新能源形势下的应用与发展摘要：过去我国，燃烧散煤或天然气在分布式能源中被用于供热，虽然这种传统供热形式在一定程度上可以实现供热效果，但其环保性和经济性相对较低，在新的能源形势下很难满足供热的新要求。

灵活使用相变储热，才能更好的提高供热效率，达到节约能源，保护环境，优化供热效果的作用。

近年来，在供热领域出现了许多新的能源技术，重点放在节能和无害环境的能源上。

关键词：相变储热供热；新能源相变储热技术的变迁在我国经历了很多个重要的阶段，随着经济水平的提高和人民生活水平的提高，相变储热供热范围适应时代的要求，积极创新，将新能源引入相变储热供热系统，不仅符合时代趋势和国家可持续发展战略，而且有助于提高我国工业质量，继而持续探索相变储热供热技术。

一、我国供热行业经历我国供热工业的发展经历了四个阶段：从工业企业到集中供热，第一阶段：建国后，我国城市基础设施建设落后，居民生活水平低下，供热公司的主要活动是为工业企业提供蒸汽。

第二阶段：主要为工业企业供热的热电厂数量增加，供热部门缺乏长期规划。

第三阶段：经过几十年的发展，区域集中供热在我国迅速普及，其增长速度远快于工业供热能力。

第四阶段：《城镇供热体制改革试点工作指南》出台，正式启动供热商业化和货币化进程。

二、国内相变储热供热发展的现状分析能源是人类生存的基础，随着现代工业的快速发展和能源需求的不断增长，世界各国迫切需要开发和利用新能源，在这个过程中，尽管新能源不断发展，但在很多情况下，我们的能源消费没有得到合理化，造成了巨大的浪费。

因此，必须提高能源利用率。

蓄热技术可以解决热能供需矛盾，是提高能源效率和保护环境的重要技术。

1.固-液相变储热材料。

无机液固储热相变材料主要分为结晶水合盐与熔融盐。

结晶水合盐主要是碱金属或碱土金属卤化物的水合物和各种盐。

熔融盐主要由氟、氯、金属盐组成。

这种材料具有成本低、高溶解热、腐蚀性强、经常过冷和性能不稳定等特点。

有机液固相变材料主要是有机材料，如优质脂肪烃、醇、羧酸和一些聚合物。

相变虚热材料综述蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，是世界范围内的研究热点．目前，主要的蓄热方法有显热蓄热、潜热量级，而且放热温度恒定，但其储热介质一般有过冷、相分离、易老化等缺点。

一相变蓄热材料的分类根据相变种类的不同，相变蓄热一般分为四类:固一固相变、固一液相变、液一气相变及固一气相变。

由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体的存在，使材料体积变化较大，因此尽管它们有很大的相变热，但在实际应用中很少被选用，固一固相变和固一液相变是实际中采用较多的相变类型。

根据材料性质的不同，一般来说相变蓄热材料可分为:有机类、无机类及混合类相变蓄热材料。

其中，石蜡类、脂酸类是有机类中的典型相变蓄热材料;结晶水合盐、熔融盐和金属及合金等是无机类中的典型相变使未融化的一部分晶体作为成核剂，这种方法文献上称为冷指(Cold finger)法，虽然操作简单，但行之有效∞J．为了解决相分离的问题，防止残留固体物沉积于容器底部，人们也研究了一些方法，一种是将容器做成盘状，将这种很浅的盘状容器水平放置有助于减少相分离；另一种更有效的方法是在混合物中添加合适的增稠剂，防止混合物中成分的分离，但并不妨碍相变过程。

有机相变材料主要包括石蜡，脂肪酸及其他种类．石蜡主要由不同长短的直链烷烃混合而成，可用通式C。

H抖：表示，可以分为食用蜡、全精制石蜡、半精制石蜡、粗石蜡和皂用蜡等几大类，每一类又根据熔点分成多个品种．短链烷烃的熔点较低，随着碳链的增长，熔点开始增长较快，墨、陶瓷、膨润土、微胶囊等．膨胀石墨是由石墨微晶构成的疏松多孔的蠕虫状物质，它除了保留了鳞片石墨良好的导热性外，还具有良好的吸附性[1引．陶瓷材料有耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀等优点，被大量地选做工业蓄热体．主要的陶瓷材质有石英砂、碳化硅、刚玉、莫来石质、锫英石质和堇青石质等．膨润土有独特的纳米层问结构，采用“插层法”将有机相变材料嵌入其层状空间，制备有机／无机纳米复合材料，是开发新型纳米功能材料的有效途径，微胶囊相变材料口阳是用微胶囊技术制备出的复合相变材料。

相变蓄能材料的产品介绍T-系列18C~29C :相变材料，最新的29T系列相变蓄能材料系列，熔解点是29°C，潜在的蓄热能量是175千焦至260千焦，它适用于空调背部保护以及远程电信材料的护套。

其他材料将在其他章节简述S-系列32C~48C :相变材料，最新的36S相变蓄能材料系列，熔解点是36°C，潜在的蓄热能量是260千焦至357千焦，它适用于远程电信材料保护套的蓄能功能。

其他材料将在其他章节简述。

热护套以及太阳能加热系统我们最新的58相变蓄能材料系列，熔解点是58°C。

远程电信材料保护套:相变蓄能材料被广泛地应用于电信防护保护套。

最新的29T系列相变蓄能材料系列产品一般用于空调能量备份，最新的36S相变蓄能材料系列一般用于免费供冷。

冰箱冷却盐：PCM可以通过冰以自然冷却的方式将冰箱的温度恒温于0°C，也可以将恒温温度专门设计为4°C, 7°C, 10°C, 15°C，－5°C, －30°C等。

我们不得不对其他品牌的这类产品给予负面的评价，大多数品牌设计的恒温温度为29°C，但是往往达不到18o C，致使它们在炎热地区的实际应用受限制。

而且大多数产品很难使用超过45-60 天，想长期使用基本上是不可能做到的。

大多数这类产品采用的这种产品的主要组分都不是相变材料，只是混合物制成而已。

因此他们总是拿一个产品做“个人秀”的生产厂家，并且产品报价很高。

他们利用了发达的现代信息技术，通过制作花俏的网站从顾客哪里获取利益，压榨顾客。

我们拥有六个产品系列，都是我们自主研发设计和生产，大多数原材料也是我们自己生产制造。

T系列是PCM公司最新技术，X代也并没有随着时间的推移有所减少，他们可以被应用于厚度大于25mm的蓄热板，这种产品使得PCM公司的早期产品过时。

从上表可以看出：25T、20T、18T与29T、比较接近。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第6期·1820·化 工 进 展水合无机盐及其复合相变储热材料的研究进展苑坤杰，张正国，方晓明，高学农，方玉堂（华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室，广东 广州510640）摘要：水合无机盐具有适宜的相变温度、较大的相变潜热、原料廉价以及热导率较高（相对有机相变材料而言）等优势而有望成为中低温热利用领域理想的储热材料。

然而，水合盐具有过冷、相分离和液漏等缺陷，一直以来成为限制其应用的瓶颈缺陷。

水合无机盐作为相变储热材料的传统研究主要集中在成核剂和增稠剂的选择上，近几年一些研究者开始研究水合无机盐复合或封装工艺，极大地促进了水合盐性能提升方面的工作。

本文综述了常见的几种低温类水合无机盐过冷和相分离现象的解决方法以及基于这几种低温水合无机盐的复合相变储热材料的研究，复合相变材料较单一纯相变材料具有诸多优越的性能，预测采用多孔材料吸附封装技术或微胶囊封装技术来制备水合无机盐复合相变材料可能成为未来解决水合盐液漏问题的研究热点。

关键词：水合无机盐；储热；复合相变材料中图分类号：TK 02 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）06–1820–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.06.023Research progress of inorganic hydrated salts and their phase change heatstorage compositesYUAN Kunjie ，ZHANG Zhengguo ，F ANG Xiaoming ，GAO Xuenong ，F ANG Yutang （Key Lab of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation ，Ministry of Education ，School of Chemistry andChemical Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，Guangdong ，China ）Abstract ：With the advantages of proper phase change temperature ，high latent heat ，cheap raw materials and high thermal conductivity (compared with organic phase change materials)，the inorganic hydrated salts are considered as ideal heat storage materials in the field of middle and low temperature heat utilization. However ，the hydrated salts have also defects of supercooling ，phase separation and leakage ，which have significantly limited their applications. The traditional researches on hydrated salts focused on the choice of nucleating agents and thickening agents. Recently ，some researchers on the composite or encapsulation of inorganic hydrous salt showed up ，greatly promoting the work of improving the performance of hydrated salts. In this paper ，the solutions for supercooling and phase separation and the researches on phase change composites of several common inorganic hydrated salts are summarized. Compared with single phase change materials ，the phase change composites have many superior properties. Preparing inorganic hydrated salts phase change composites with porous materials package and micro encapsulation technology may become the research hotspots for solving the problem of inorganic hydrated salts leakage in the future.Key words ：inorganic hydrated salt ；heat storage ；phase change composites第一作者：苑坤杰（1990—），女，博士研究生。