儲能相變材料及其產業化使用前景

一直以來，儲能技術因其被視為一種合理、高效、清潔利用能源的緊要手段，受到業界的高度重視。而儲能的核心是儲能材料，其中，相變儲能材料以儲能力度大、儲熱容器體積小、熱效率高以及吸熱放熱溫度恒定等優勢，成為近年來各國競相研究和開發的熱點。

相變儲能材料有哪些

要想知道什么是相變儲能材料，首先要知道物質的相變概念。物質的存在通常認為有三態：固態、液態和氣態。物質從一種狀態變到另一種狀態就叫做相變。相變的形式有以下四種：（1）固-液相變；（2）液-氣相變；（3）固-氣相變；（4）固-固相變。相變過程伴有能量的吸收或釋放，我們就可以利用相變過程中有能量的吸收和釋放的現象，利用相變材料來存儲能量。

詳盡而言，相變儲能材料就是利用物質相變化過程中，與外界環境進行能量交換，從而達到控制環境溫度和利用能量目的的材料。

良好的相變儲能材料要具備如下特點：適宜的相變溫度,因為相變溫度是要控制的特定溫度;較大的相變潛熱;較好的相變的可逆性,較小的過冷度;性能穩定性好,可反復使用而不發生熔析和副反應;良好的導熱性,相變速度快;材料的密度較大,從而體積能量密度較大;相變時膨脹收縮性小;蒸氣壓要低,不易揮發損失;符合綠色化學要求,即無毒、無腐蝕、無污染;使用安全,不易燃、易爆或氧化變質;原料價廉易得,材料制備方便。

相變儲能材料的發展進程

全球關于相變材料的研究已經有幾十年的歷史，目前相變材料基本分為兩大類，一類是有機相變材料，另一類是無機相變材料。

相變儲能材料在許多范疇具有使用價值，包括太陽能利用、電力調峰、廢熱利用、跨季節儲熱和儲冷、食物保鮮、建筑隔熱保溫、電子器件熱保護、紡織、服裝、農業等。

在太陽能方面的使用

太陽能是一種清潔、無污染且取用方便的能源。利用太陽能是處理能源危機的緊要途徑之一,且太陽能利用也是相變材料的緊要用途之一。由于到達地球表面的太陽輻射能量密度不高,且受地理位置、晝夜和季節交替等規律性變化的影響,以及受到陰、晴、云、雨等隨機因素的制約,其輻射強度不斷發生變化,而且具有稀薄性、非繼續性和不穩定性。因此,為了保證供熱或供電裝置穩定不間斷地運行,就要通過儲熱裝置把多余的太陽能儲存起來,在太陽能不足時再釋放出來,從而滿足生出現活用能的繼續、穩定供應的要。如美國管道系統公司(Pipe System Inc.)使用CaCI2· 6H2O作為相變儲能材料制成貯熱管,用來儲存太陽能和回收工業中的余熱。

在生態建筑方面的使用

有關資料顯示，社會一次能耗總消耗量的1/3用于建筑范疇。提高建筑范疇能源使用效率，降低建筑能耗，關于整個社會節約能源和保護環境都具有顯著的經濟效益和社會影響。

利用相變儲能建筑材料可有效利用太陽能來蓄熱或電力負荷低谷時期的電力來蓄熱或蓄冷，使建筑物室內和室外之間的熱波動幅度減弱、用途時間被延遲，從而降低室內的溫度波動，提高舒適度，以及節約能耗。

在服裝紡織品方面的使用

依據人體的冷熱舒適特點,結合氣候條件的差異,選擇相變溫度合適的相變材料使用于服裝紡織品中,可有效地為人體供應一個舒適的微氣候環境,提高生活質量和工作效率。把相變材料摻人紡織品后,倘若外界環境溫度升高,則相變材料熔化而吸收熱能,使體表溫度不隨外界環境溫度的升高而升高;反之,若外界環境溫度降低,則相變材料結晶而放出熱能,使體表溫度不隨外界環境溫度的降低而降低,從而使體表溫度維持在舒適的范圍內。如美國軍方利用相變儲能材料的特性制成了溫度調節織物,用于海軍低溫干式潛水服、空軍防寒抗浸服、防紅外隱身服裝和陸軍士兵保溫靴襪等,具有良好的保溫或降溫效果。

相變儲能材料使用前景展望

當前，全球能源使用進入到了關鍵環節，要怎么樣借助先進的技術實現能源節約，保障材料儲能，是能源資源開發利用的重點任務。低碳經濟下, 人們更加重視建筑節能和循環經濟。相變儲能材料技術作為剛新興起來的新材料和技術, 在建筑節能、生態可繼續等方面有著不可替代的優點和使用價值。而相變儲能裝扮材料行業也將隨著人們對環保理念的關注和我國新一輪城鎮化的發展迎來新的發展機遇。

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