相变储能材料.ppt

材料学院 王浩任 101596 材料科学与工程 王浩任 101596 相变储能材料的定义及研究背景 原理 储能机理 利用材料的比热容或者材料温度的变化（显热）。 利用材料物态的转变（相变热） 一、相变储能材料的组成及物理性能 相变材料的种类很多，从蓄热过程中材料相态的变化方式来看，分为固-液相变、固-固相变、固-气相变和液-气相变四类。由于后两种相变方式在相变过程中有气体产生，使得材料的体积变化很大，难以控制，但在实际应用中很少被选用。因此，固-液相变和固-固相成为重点研究对象。 二、相变材料的制备方法 目前制备相变材料的方法主要有以下几种: ①基体材料封装相变材料法 ②基体和相变材料熔融共混法 ③混合烧结法 基体材料封装相变材料法 封装相变材料法就是把基体材料按照一定的成形工艺制备成微胶囊、多孔或三维网状结构, 再把相变材料灌注于其中或把载体基质浸入熔融的相变材料中。 其中微胶囊化技术包括界面聚合法和原位聚合法: ⑴界面聚合法是将两种反应单体分别存在于乳液互不相溶的分散相和连续相中,而聚合反应是在相界面上发生的。这种制备微胶囊的工艺优点为: 可以在常温下操作, 而且方便简单、效果好。缺点: ①对壁材要求较高,被包覆的单体要有较高的反应活性; ②制备出的微胶囊夹杂有少量未反应的单体; ③界面聚合形成的壁膜的可透性一般较高, 不适于包覆要求严格密封的芯材等。⑵原位聚合法的技术特点是: 单体和引发剂全部置于囊心的外部且要求单体可溶,而生成的聚合物不溶,聚合物沉积在囊心表面并包覆形成微胶囊。 基体和相变材料熔融共混法 利用相变物质和基体的相容性, 熔融后混合在一起制成组分均匀的储能材料。此种方法比较适合制备工业和建筑用低温的定形相变材料, Indaba H等人通过熔融共混法成功地制备出石蜡/ 高密度聚乙烯定形相变材料, 并探讨了这种材料在建筑节能中的应用。 混合烧结法 这种方法首先将制备好的微米级基体材料和相变材料均匀混合, 然后外加部分添加剂球磨混匀并压制成形后烧结, 从而得到储能材料。这种方法通常用于制备用于高温的相变储能材料, 例如: 张仁元、Randy P、张兴雪 等人利用此方法成功地制备出Na2CO3-BaCO3/MgO,Na2SO4/SiO2 以及NaNO3-NaNO2/MgO 无机盐/ 陶瓷基复合储热材料。 三、相变储能材料的性能表征及测试方法 根据储能材料的使用特点和性能要求, 相变材料一般须满足以下要求:储能密度大, 能源的转换效率高;稳定性好, 单组分材料不易挥发和分解; 对多组分材料,则要求各组分间结合牢固, 不会发生离析现象;无毒、无腐蚀、不易燃易爆, 且价格低廉; 导热系数大,以便能量可以及时地储存或取出; 不同状态间转化时, 材料体积变化要小; 需要合适的使用温度。根据以上分析, 对储能材料一般采用以下测试方法进行表征: 差示扫描量热法（DSC）和热分析法（TA） TG分析 扫描电镜（SEM） 时间－温度曲线法 1、 差示扫描量热法(DSC)和热分析法( TA) 储能材料的储能温度范围和储能密度是相变材料的 主要物理性能, 研究此性能常用的方法有差示扫描量热法 DSC 和热分析法TA 法。DSC 法和TA 法都可 以测试出相变材料的熔点( 范围) 、冰点( 范围) 以 及相变材料的过冷度。另外, DSC 分析还可以提供 熔解热、固化热等反应材料性能的重要数据; 而TA 分析可以反应出新相的形成和分离现象。在DSC 测 量中, 所用试样尺寸很小, 样品的过冷现象特别严重, 但析出程度大大降低, 因此, 为了解相变材料在工程 应用中的特性, TA 方法同样非常重要。 2、TG 分析 在研究相变储能材料稳定性和储热能力时, 经常用到TG 分析法。通过TG 检测, 从其曲线中可以看出相变材料在不同温度范围内的挥发和储热放热能力。 4、时间－温度曲线法 时间－温度曲线法属于非稳态法测量导热系数的方 法, 利用圆柱体的一维非稳态传热模型导出的计算式, 只要测量相变储能材料完全相变的时间即可得到导 热系数。该方法的原理及装置简单, 操作方便, 所用 材料的量较大, 可以同时测量相变储能材料的潜热、 相变温度、导热系数等多个物性, 并且克服了以往在 测量导热系数时只能测定特定形状的固态物质的不 足, 它可以用来测量任何形状形态物质的导热系数, 尤其是可以测量液态物质的导热系数, 为实际应用带来了很 大的方便。 四、相变储能材料的应用 相变储能材料在许多领域具有应用价值，包括太阳能利用、电力调峰、废热利用、跨季节储热和储冷、