研究背景

      目前,能源短缺与环境破坏已成为全球经济发展的两大问题。在我国,虽然能源总量很大,但是存在人均能源拥有量少与能源空间分布不均的问题。与此同时,我国作为发展中国家,生产过程中难免会采用高排放、高能耗的生产方式,导致能源的利用率降低和环境的破坏。相变储能技术使用相变材料(PCMs)来实现热能的储存和释放。相变储能技术利用相变材料的潜热进行储能,具有储能密度大和储能温度适宜等优点。因此,在太阳能的连续利用、电力的“削峰填谷”、余热回收利用、冷链物流以及建筑暖通空调节能等领域具有很多的应用潜力,受到了广泛的关注。相变材料可分为两大类:有机相变材料和无机相变材料。有机相变材料的密度小、热导率小、蓄热能力差。而无机相变材料中,水合盐类是最为典型的一类。水合盐相变材料虽然具有潜热值高和相变温度稳定的优点,却也存在“过冷”和“相分离”等不利因素。针对水合盐在使用环节中的问题,可以将水合盐与其它材料结合为复合相变材料。

重点内容导读

       目前,制备水合盐复合相变材料的目的以四种居多:降低过冷度、解决相分离问题、循环稳定性问题和改变材料相变温度。除此之外,还有水合盐的泄漏和腐蚀问题、增大材料的潜热值和热导率等有待于研究的方向。本文以水合盐复合相变材料制备的目的为线索,对水合盐复合相变材料的制备和研究进行了综述,并对其今后的研究重点进行了展望。

结论

       水合盐相变材料具有潜热值高、价格低、导热性好、相变温度适宜等优点,具有研究和应用价值。对于水合盐的过冷、相分离、循环稳定性差等诸多问题,可针对性地制备复合相变材料对其进行改性。同样,我们也可以制备复合相变材料来改善水合盐的热物性。

(1)对于水合盐存在过冷度问题,可以根据水合盐的化学分子结构寻找相应的成核剂;对于相分离问题,可以使用合适的增稠剂;对于循环稳定性问题,可以对相变材料进行多次循环实验,筛选出合适的增稠剂或者多孔材料。目前对于成核剂的研究较多,增稠剂和循环稳定性的研究与前者相比较少。

(2)将水合盐与其它相变材料进行结合,可改变体系的相变温度,可以由此根据不同工况所需温度制备相变温度适宜的相变材料。多种相变材料混合后的相变温度可以用相图分析粗略地确定,目前以低共熔物居多。不同相变材料混合后往往会出现过冷和相分离问题,这也将成为日后研究的重点。

(3)对于水合盐的液相泄漏与腐蚀问题,可以制备多孔基相变材料或微胶囊相变材料。用水合盐制备这两种复合相变材料的研究近几年才开始出现,研究成果较少。由于这两种相变材料的制备过程比较繁琐,今后还可以对如何改进这两种复合相变材料的制备方法加以研究。

(4)虽然水合盐的导热系数和潜热值与有机相变材料相比已经比较大,但多多益善,近几年有学者开始对增大水合盐的导热系数和潜热值进行研究。对于导热系数,可以添加导热性能良好的材料,如纳米材料,以增大体系的导热系数;然而,对于增大水合盐相变材料潜热值的研究非常少,目前还没有找到明确的方法。这两个方向目前都需要进一步研究。

(5)目前对于水合盐的成核理论研究还不完善,这使得复合相变材料的研究和制备具有盲目性和复杂性。今后应着重于水合盐结晶成核理论的研究,用更为科学、便捷的渠道对水合盐进行改性。