相变材料与相变储能技术.ppt

一、固—液相变储能材料 固—液相变储能材料的研究起步较早，是现行研究中相对成熟的一类相变材料。其原理是，固—液相变储能材料在温度高于材料的相变温度时，吸收热量，物相由固态变为液态；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。该过程为可逆过程，因此材料可重复多次使用。且它具有成本低、相变潜热大、相变温度范围较宽等优点。目前国内外研制的作为固—液相变储能材料主要包括无机类和有机类两种。 1.固-液分类 固-液 无机类 有机类 烷烃 石蜡 脂肪酸 盐类 结晶水合盐 其他有机物 金属合金 熔融盐 储能石蜡 结晶水合盐 优点 缺点 无机类 使用范围广、价格便宜、导热系数较大、溶解热大、体积储热密度大、一般成中性。 一、是过冷现象 二、是出现相分离现象 有机类 在固体状态时成型性较好，一般不容易出现过冷和相分离现象，材料的腐蚀性较小，性能比较稳定，毒性小，成本低等。 导热系数小，密度较小，单位体积的储能能力较小．相变过程中体积变化大，并且有机物一般熔点较低，不适于高温场合中应用。且易挥发、易燃烧甚至爆炸或被空气中的氧气缓慢氧化而老化等。 二、固—固相变储能材料 固—固相变储能材料是由于相变发生前后固体的晶体结构的改变而吸收或释放热量的，因此，在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。目前研究的固—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。 1.无机盐类 该类相变储能材料主要是利用固体状态下不同种晶型的转变进行吸热和放热，通常它们的相变温度较高，适合于高温范围内的储能和控温，目前实际应用的主要是层状钙钛矿、Li2SO4、KHF2等物质。 层状钙钛矿 Li2SO4 2.多元醇类 此类材料是目前国内研究较多的一类固—固相变储能材料，其作为一种新型理想的太阳能储能材料而日益受到重视。多元醇类相变储能材料主要有季戊四醇(PE)、新戊二醇(NPG)、2—氨基2—甲基—1，3—丙二醇(AMP)、三羟甲基乙烷、三羟甲基氨基甲烷等，种类不多，但通过两两结合可以配制出二元体系或多元体系来满足不同相变体系的需要。该相变材料的相变温度较高(40～200℃)，适合于中、高温的储能应用。其相变焓较大，且相变热与该多元醇每一分子所含的羟基数目有关，即多元醇每一分子所含的羟基数目越多，相变焓越大。这种相变焓来自于氢键全部断裂而放出的氢键能。 多元醇类 优点 不足 多元醇价格高；升华因素；多元醇传热能力差，在储热时需要较高的传热温差作为驱动力，同时也增加了储热、取热所需要的时间；长期运行后性能会发生变化，稳定性不能保证；应用时有潜在的可燃性。 可操作性强、性能稳定、使用寿命长、反复使用也不会出现分解和分层现象、过冷现象不严重。 3.交联高密度聚乙烯 高密度聚乙烯的熔点虽然一般都在125℃以上，但通常在100℃以上使用时会软化。经过辐射交联或化学交联之后，其软化点可提高到150℃以上，而晶体的转变却发生在120～135℃。而且，这种材料的使用寿命长、性能稳定、无过冷和层析现象、材料的力学性能较好、便于加工成各种形状，是真正意义上的固—固相变材料，具有较大的实际应用价值。但是交联会使高密度聚乙烯的相变潜热有较大降低，普通高密度聚乙烯的相变潜热为210～220J／g，而交联聚乙烯只有180J／g。在氨气气氛下．采用等离子体轰击使高密度 聚乙烯表面产生交联的办法，可以基本上避免因交联而导致相变潜热的降低，但因技术原因，这种方法目前还没有大规模使用。 固—固相变储能材料的开发时间相对较短，大量的研究工作还没深入开展，因此其应用范围没有固—液相变储能材料宽广。 三、相变储能材料的筛选原则 (1)高储能密度。相变材料应具较高的单位体积，单位质量的潜热和较大的比热容。 (2)相变温度。熔点应满足应用要求。 (3)相变过程。相变过程应完全可逆并只与温度相关。 (4)导热性。大的导热系数，有利于储热和提热。 (5)稳定性。反复相变后，储热性能衰减小。 (6)密度。相变材料两相的密度应尽量大，这样能降低容器成本。 (7)压力。相变材料工作温度下对应的蒸汽压力应低。 (8)化学性能。应具有稳定的化学性能，无腐蚀、无害无毒、不可燃。 (9)体积变化。相变时，体积变化小。 (10)过冷度。小过冷度和高晶体生长率。 在实际研制过程中，要找到满足这些理想条件的相变材料非常困难。因此人们往往先考虑有合适的相变温度和较大的相变热，而后再考虑各种影响研究和应用的综合性因素 四、相变储能的制备方法 目前制备相变材料的方法主要有以下几种: