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鄒小(xiao)姐：13326633089 -
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全球(qiu)經濟的快(kuai)速發(fa)展導致對(dui)能源的需求快(kuai)速增長，如今能量儲存(cun)已成為可再生能源技術體系的重(zhong)要組成部分(fen)。其中，熱能儲存(cun)系統（Thermal energy storage system，TESS）是一種通過加熱或冷卻存儲介質來儲存熱能，以便在以后的時間里可以使用儲存的能量來為加熱和冷卻提供能源。熱能儲存技術在建筑物和工業過程中使用，可以提高整體效率和可靠性，并能得到更好的經濟效益，減少投資和運行成本，減少環境污染，減少碳的排放。
光熱(re)電(dian)站儲(chu)熱(re)系統
儲熱(re)(re)系統一般是將熱(re)(re)量(liang)存儲在儲熱(re)(re)介質中，高能(neng)量(liang)密度和高放熱(re)(re)吸(xi)熱(re)(re)效率(lv)是所(suo)有(you)儲熱(re)(re)系統的理想特性。從(cong)目前世界研究(jiu)的方向來看，熱(re)(re)量(liang)存儲一般可以分為顯熱儲(chu)存、潛熱儲(chu)存和(he)化(hua)學儲(chu)存這(zhe)三種方(fang)式。
其中(zhong)顯熱(re)(re)儲(chu)存材料在能量(liang)釋放(fang)過(guo)程(cheng)中(zhong)溫度不(bu)能保(bao)(bao)持穩定，而且在熱(re)(re)交換中(zhong)熱(re)(re)損失(shi)較高，不(bu)能長期保(bao)(bao)存熱(re)(re)量(liang)，且蓄熱(re)(re)能力(li)較低，不(bu)能滿(man)足如(ru)今的(de)工(gong)業要(yao)求(qiu)；化(hua)學儲(chu)熱(re)(re)是利用儲(chu)熱(re)(re)材料可逆吸(xi)熱(re)(re)/放熱反應過程來儲存和釋放熱量，盡管這種方法儲熱能力比較好，熱損失比較小，但是要面臨儲熱材料對設備的腐蝕、傳熱和傳質能力差和材料開發難等問題，限制了實際應用；潛熱儲存技術是利用相變材(cai)料在相變過程中吸(xi)收或釋放熱(re)量(liang)，從而(er)(er)進行(xing)熱(re)量(liang)交換，彌(mi)補了顯熱(re)儲(chu)存不能(neng)長期(qi)保(bao)存熱(re)量(liang)的缺點，而(er)(er)且儲(chu)能(neng)密(mi)度較大，沒有化學反應(ying)的發生(sheng)(sheng)，不會對生(sheng)(sheng)態環境(jing)造成(cheng)危害。
相變(bian)材料(liao)熱量交換特性
因此在儲熱領域(yu)最有前景的便是潛熱儲存，不(bu)僅可(ke)以解(jie)決熱能(neng)在時間和空間上不(bu)匹配的問題，而且還(huan)可(ke)以應用于紡織、建筑和航天(tian)等領域。
相變(bian)材(cai)料的(de)種類
一、按(an)相(xiang)變化(hua)分類
按(an)蓄(xu)熱(re)過(guo)程(cheng)中相的(de)變化可分為固-固、固-液、固-氣和液-氣相變(bian)材(cai)料(liao)。由于固-氣和液-氣相變材料在相變過程中體積變化很大，對儲熱設備要求高，通常不易在實際中應用。
（1）固-固相變材料
固-固相變材料主要包括多元醇類（季戊四醇、新戊二醇、三羥甲基乙烷等）、無機鹽類（Li2SO4、KHF2 等）和有機高分子類（高密度聚乙烯等）。
固-固相變材料是通過物質晶體結構的轉換來吸收和釋放熱量，在轉換過程中不存在相態的變化，所以體積變化小，沒有過冷和泄露等問題，但是不(bu)適合與其他材料進(jin)行復合，否則會影響晶(jing)體結(jie)構的(de)(de)轉換，降低材料的(de)(de)儲(chu)熱能(neng)力(li)，不適(shi)合大規模的(de)(de)應用。
（2）固-液相變材料
固-液相變材料憑借材料來源廣泛(fan)、價(jia)格低(di)廉、較(jiao)高相變潛熱等優(you)點(dian)逐漸成為研究(jiu)的熱點(dian)，主要包(bao)括(kuo)高級脂(zhi)肪烴類（正(zheng)(zheng)十六烷、正(zheng)(zheng)十八烷、石蠟等）、脂(zhi)肪酸(suan)(suan)及其(qi)酯類（硬脂(zhi)酸(suan)(suan)、棕櫚酸(suan)(suan)等）、結晶水合鹽類（Na2SO4·10H2O、Mn(NO3)2·6H2O 等）、熔融鹽類（LiF、NaF、CaF2等）、金屬及合金類（鉛(qian)-錫合金等）和高分子類（聚乙二醇等）。
儲熱相變材料
二、按(an)材料成分(fen)分(fen)類
按相(xiang)變材(cai)料的(de)成(cheng)分可以(yi)分為有機、無機、共晶(jing)相(xiang)變材(cai)料。
（1）有機相變材料
有機相(xiang)變材料可以在不(bu)發生相(xiang)分離的情(qing)況下(xia)多次熔化(hua)和凝固(gu)，且(qie)在結晶的時候(hou)有很小(xiao)或者沒有過(guo)冷度，通常不(bu)具有腐蝕性，一般(ban)分為石(shi)蠟(la)類(lei)（烷烴(jing)類及其混(hun)合物(wu)）和(he)非石蠟類(lei)（脂(zhi)肪酸、醇類、脂(zhi)類等及其衍(yan)生物）。
在實際(ji)應用中，考慮到成(cheng)本問題，大多采(cai)用工(gong)業石(shi)蠟，有(you)機相變(bian)材料物(wu)理化學(xue)性(xing)質穩定(ding)，具有(you)過冷度小、相變(bian)潛熱(re)較大、熱(re)穩定(ding)性(xing)好(hao)等優點(dian)，但是導熱(re)系數較小，傳熱(re)能(neng)力較差。
（2）無機相變材料
無(wu)機相變材料(liao)主要被應用于低溫和高(gao)溫環(huan)境中，包(bao)括(kuo)結晶水(shui)合(he)鹽類、熔融鹽類（硝酸(suan)鹽(yan)、碳酸(suan)鹽(yan)、鹵化物等）、金屬類。其中因水合鹽相變(bian)過(guo)程容易(yi)因各組分密度不一致發生相分離，限制了其應用；熔融鹽一般用于工業余熱的回(hui)收和航天領域；金(jin)屬(shu)類金(jin)屬(shu)類一般由低熔點金(jin)屬(shu)及其合金(jin)組(zu)成(cheng)，它(ta)們具有很高(gao)的相變(bian)焓值、良好的熱穩定性及其高(gao)導熱能力(li)，可以(yi)被用于發(fa)電廠回收余熱(re)(re)或(huo)存儲(chu)熱(re)(re)量(liang)。
（3）共晶相變材料
共晶(jing)相變(bian)材(cai)料一般是具有相似或一致熔點和凝固(gu)點的材(cai)料組合(he)，包(bao)括無機-無機、有機-有機或者無機-有機相變材料的二元或多元共晶體系，通過混合多種相變材料克服單一相變材料的缺點，使其更好的應用于實際情況。
相變(bian)材料的增強導熱方法
除了相(xiang)變材料的儲能密度、相(xiang)變溫度，相(xiang)變材料的導熱(re)性能也(ye)是評價相變材
料重要(yao)性能之(zhi)一。對(dui)于大(da)多數相(xiang)變材料(liao)（尤其(qi)是(shi)有機相(xiang)變儲能材料(liao)）而言，其(qi)導熱系數往往都很低，影響實(shi)際使用效果，因此需要增強相(xiang)變材料(liao)的導熱率。
一、添加納米材(cai)料增強導熱
增強(qiang)相(xiang)變材料導熱率(lv)的一種方法是在儲熱系統中使用納米(mi)材料或者高導熱(re)材料，例如納(na)米(mi)(mi)(mi)顆粒（銅、氧(yang)化(hua)銅、鋁、二氧(yang)化(hua)硅(gui)等(deng)）、納(na)米(mi)(mi)(mi)片(pian)、納(na)米(mi)(mi)(mi)線、納(na)米(mi)(mi)(mi)管(guan)、和納(na)米(mi)(mi)(mi)纖維等(deng)。
以一(yi)定的(de)方式(shi)和比例在(zai)液體(ti)(ti)中添加(jia)納(na)米(mi)(mi)級金屬(shu)或金屬(shu)氧化(hua)物粒(li)子，形成(cheng)新的(de)強(qiang)(qiang)化(hua)傳(chuan)熱(re)介質(zhi)。納(na)米(mi)(mi)流(liu)體(ti)(ti)導熱(re)系數(shu)增(zeng)(zeng)大的(de)原因，一(yi)是(shi)(shi)固體(ti)(ti)顆粒(li)的(de)加(jia)入改變了(le)基(ji)礎液體(ti)(ti)的(de)結構，增(zeng)(zeng)強(qiang)(qiang)了(le)混(hun)合(he)物內部的(de)能(neng)(neng)量傳(chuan)遞過程(cheng)，使(shi)得(de)導熱(re)系數(shu)增(zeng)(zeng)大；二是(shi)(shi)納(na)米(mi)(mi)粒(li)子的(de)小尺(chi)寸效應，使(shi)得(de)粒(li)子與(yu)液體(ti)(ti)間有微(wei)對流(liu)現象(xiang)存在(zai)，這種微(wei)對流(liu)增(zeng)(zeng)強(qiang)(qiang)了(le)粒(li)子與(yu)液體(ti)(ti)間的(de)能(neng)(neng)量傳(chuan)遞過程(cheng)，增(zeng)(zeng)大了(le)納(na)米(mi)(mi)流(liu)體(ti)(ti)的(de)導熱(re)系數(shu)。
二、導熱材(cai)料復合
將高導(dao)熱材(cai)料(liao)與(yu)相變材(cai)料(liao)進行(xing)復合(he)是(shi)提高相變材(cai)料(liao)導(dao)熱的另一種方法，最常見的是利用石(shi)墨、石(shi)墨烯、碳纖(xian)維等與相變材料(liao)進行復合。
（1）碳纖維
碳纖維(wei)具有(you)導熱系數高(gao)（約(yue)為10~140W/mK）、比重小、高張(zhang)力、高彈性(xing)和熱膨脹系(xi)數等優(you)點，能(neng)與絕大多數相變材(cai)料相容，耐(nai)腐蝕能力較強，且纖維(wei)直徑很小，有利于在材料中均勻(yun)布置，作為強化傳(chuan)熱物質一(yi)直備受研究者關注(zhu)。
碳纖維復(fu)合相變材料
（2）膨脹石墨
膨(peng)脹石(shi)墨(mo)是以鱗片石(shi)墨(mo)為原料(liao)采用特殊工藝，使(shi)鱗片石(shi)墨(mo)沿層間方向(xiang)膨(peng)化(hua)而成的(de)產物(wu)。它既保留了天然鱗片石(shi)墨(mo)的(de)導(dao)熱(re)性好(hao)、無毒害等(deng)優良性質(zhi)，又具(ju)有(you)(you)天然鱗片石墨(mo)所(suo)沒有(you)(you)的吸(xi)附性(xing)、生態環(huan)境協調性(xing)以及(ji)生物(wu)相容性(xing)等特征。
在(zai)以(yi)石蠟為相變(bian)材(cai)料時(shi)多(duo)輔以(yi)膨脹(zhang)石墨來提高其(qi)熱導(dao)率(lv)。
石(shi)蠟復合(he)膨脹石(shi)墨(mo)
相變(bian)材料(liao)的(de)應用
一(yi)、相變材(cai)料在航天領(ling)域的(de)應用(yong)
航(hang)天器在(zai)發(fa)射到太空中在(zai)與(yu)大(da)氣層摩(mo)擦(ca)時會(hui)產生大(da)量的熱，這(zhe)些熱量經接觸
面傳遞到航天(tian)器(qi)(qi)內(nei)部，使儀器(qi)(qi)設備(bei)過熱從而影響航天(tian)器(qi)(qi)的穩定性。所以需(xu)要對(dui)航天(tian)器(qi)(qi)進(jin)行熱控制(zhi)，減少高溫(wen)外(wai)殼傳遞給航天(tian)器(qi)(qi)內(nei)部的熱量(liang)(liang)，或(huo)者增加(jia)儀器(qi)(qi)設備(bei)的熱容(rong)量(liang)(liang)從而控制(zhi)儀器(qi)(qi)設備(bei)的溫(wen)度。
相變材料具有較大的儲熱能力，可以包裹在儀器設備的表面(mian)吸收外部環境熱源，減少內(nei)部溫度上升幅度，保持在一定(ding)的溫度范圍。
二、相變材料在建(jian)筑領(ling)域的應用
隨著人們對環保能源的需(xu)求不(bu)斷增(zeng)加(jia)，開發節能和高(gao)效(xiao)熱(re)管(guan)理的建筑材料(liao)已經(jing)成(cheng)為研究的熱(re)點，在建筑產品中(zhong)加入潛(qian)熱儲(chu)存材(cai)料(liao)可(ke)以極大(da)地提高蓄熱能(neng)力。
相變材料具有較高的(de)存(cun)儲密度(du)和較小的(de)溫度(du)變化，在(zai)建(jian)筑(zhu)物的墻壁、天花板和地板的熱量儲存可以通(tong)過(guo)在(zai)這些內部封裝(zhuang)或者(zhe)嵌入合適的相變材(cai)料來(lai)增強，它們可以直(zhi)接捕獲(huo)太陽能或者(zhe)通(tong)過(guo)自(zi)然對流(liu)來(lai)獲(huo)取熱能，降低建筑內(nei)(nei)部空氣(qi)溫度(du)波動幅度(du)，使得室(shi)內(nei)(nei)溫度(du)在(zai)較長的時間內(nei)(nei)保(bao)持在(zai)人體所需(xu)的溫度(du)范(fan)圍內(nei)(nei)，從而(er)增(zeng)加人體的舒(shu)適度(du)。
三、相變(bian)材料在太陽能領域(yu)的應用(yong)
儲能已成為可(ke)再生能源技術系(xi)統的(de)重要(yao)組成部分(fen)，太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱利用系(xi)統相(xiang)(xiang)較(jiao)于(yu)(yu)于(yu)(yu)光伏系(xi)統，具有(you)較(jiao)高的(de)利用效率，可(ke)以在白天(tian)利用太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能，然而它沒(mei)有(you)足夠的(de)儲熱備(bei)份來在太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)輻射小或者沒(mei)有(you)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)輻射時保(bao)持運行。相(xiang)(xiang)變材料的(de)利用可(ke)以使(shi)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱利用系(xi)統達(da)到24h高效利用。
四、相變材料在電池熱管理(li)領域的應用
隨著鋰(li)離子電(dian)池(chi)市(shi)場在個人電(dian)子、電(dian)動交通和固(gu)定儲能方面的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)長，鋰(li)
離子電池的(de)安(an)全(quan)問題面臨(lin)著持續挑戰。電池熱(re)失(shi)(shi)控會造成嚴重(zhong)風險，所以(yi)每(mei)個設計階(jie)段(duan)都需要保護措施。對(dui)電池進行熱(re)管(guan)理是一(yi)種解決電池熱(re)失(shi)(shi)控的(de)有效方法。
利用相變材料(liao)的高儲熱密度(du)吸收電(dian)池在使用過程中(zhong)釋放出的熱量，有效的防止(zhi)電(dian)池發生(sheng)熱失控。
五、相變材料作為熱界(jie)面材料的(de)應(ying)用
熱界面(mian)材料(TIM)是一種普遍用于IC封裝(zhuang)和(he)電子散(san)熱的材料，主要作(zuo)用是填補兩種材(cai)料接(jie)合或接(jie)觸(chu)時表面(mian)產生的微空隙及(ji)凹凸不平的孔洞，減少熱傳遞的阻抗(kang),提高散熱性。
相變熱(re)界面材料融(rong)合了導熱(re)墊片和導熱(re)膏(gao)的雙重優(you)點，在達到相變(bian)溫度(du)之(zhi)前，具有和(he)導熱(re)墊片類似的優點，具有良好(hao)的彈(dan)性(xing)和(he)塑性(xing)，但當電子(zi)器件工(gong)作溫(wen)度升高到熔點以上時，就會(hui)發(fa)生相變成為液態，從而(er)有效地潤濕熱界面，具有和(he)導熱膏一樣(yang)的(de)填充能力，能夠最大程(cheng)度地(di)填充界面空(kong)隙，可以使兩(liang)材料界面之間的熱阻(zu)大幅(fu)度下降(jiang)。
此外，相(xiang)變熱界面材料(liao)還具有(you)能量緩沖的效果，通過(guo)相變過(guo)程的熱量吸(xi)收或(huo)釋放，額外增加熱耗散的(de)路徑，有利于余熱的傳播和擴散，防止(zhi)溫度急劇上升，使器件的工作溫度得到緩解(jie)，從而(er)延長使用壽命。
總結
相變材(cai)料的(de)開發(fa)已逐步(bu)進入實用(yong)(yong)(yong)階段，主(zhu)要用(yong)(yong)(yong)于控制關鍵器件(jian)溫(wen)度、利(li)用(yong)(yong)(yong)太陽(yang)(yang)(yang)能(neng)、儲(chu)存工業反應中的(de)余(yu)熱(re)和廢熱(re)。低溫(wen)儲(chu)能(neng)主(zhu)要用(yong)(yong)(yong)于廢熱(re)回收、太陽(yang)(yang)(yang)能(neng)儲(chu)存及供暖(nuan)和空調系統，高溫(wen)儲(chu)能(neng)用(yong)(yong)(yong)于熱(re)機、太陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)站、磁(ci)流體(ti)發(fa)電(dian)及人造衛星等(deng)方(fang)(fang)面，在工程保溫(wen)材(cai)料、醫療保健產品(pin)、航空航天(tian)器材(cai)、軍事偵(zhen)察、日常(chang)生活用(yong)(yong)(yong)品(pin)等(deng)方(fang)(fang)面具有(you)廣闊的(de)應用(yong)(yong)(yong)前景。
今后相變儲(chu)能材(cai)料(liao)的(de)發展主(zhu)要體(ti)現在以(yi)下幾(ji)個方面：
（1）進一步篩選符合環保的低價的有機相變儲能材料；
（2）開發復合相變儲熱材料是克服單一無機或有機相變材料不足、提高其應用性能的有效途徑；
（3）針對相變材料的應用場合，開發出多種復合手段和復合技術，研制出多品種的系列復合相變材料是復合相變材料的發展方向之一；
（4）開發多元相變組合材料。在同一蓄熱系統中采用相變溫度不同的相變材料合理組合，可以顯著提高系統效率，維持相變過程中相變速率的均勻性。這對于蓄熱和放熱有嚴格要求的蓄能系統具有重要意義；
（5）進一步關注高溫儲熱和空調儲冷。太陽能熱動力發電技術是一項新技術，是最有前途的能源解決方案之一，必將極大地推動高溫相變儲熱技術的發展。另外，低溫儲熱技術是當前空調行業研究開發的熱點，并將成為重要的節能手段。
（6）利用納米材料的特點制備新型高性能納米復合相變儲熱材料是制備高性能復合相變材料的新途徑。
參考來源：
1. 相變復合材料的制備及(ji)其導熱性能研究，朱洪宇（蘭州理工大學）；
2. 改善相變材料導熱性(xing)能研究綜述，李夔寧、郭寧寧、王賀(he)（重慶大學(xue)動力工程學(xue)院）；
3. 相變儲能材(cai)料的應(ying)用及研究(jiu)現狀(zhuang)，尚燕(yan)、張雄(xiong)（同濟大(da)學材(cai)料科(ke)學與工程學院）。
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