一直以來，儲能技術(shù)因其被視為一種合理、高效、清潔利用能源的重要手段，受到業(yè)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(yōu)點(diǎn)，成為近年來各國競相研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。

相變儲能材料是什么

要想了解什么是相變儲能材料，首先要了解物質(zhì)的相變概念。物質(zhì)的存在通常認(rèn)為有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。物質(zhì)從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)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(xiàn)象，利用相變材料來存儲能量。

具體而言，相變儲能材料就是利用物質(zhì)相變化過程中，與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換，從而達(dá)到控制環(huán)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(diǎn)：合適的相變溫度,因?yàn)橄嘧儨囟仁且刂频奶囟囟?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(wěn)定性好,可反復(fù)使用而不發(fā)生熔析和副反應(yīng);良好的導(dǎo)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(fā)損失;符合綠色化學(xué)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(zhì);原料價廉易得,材料制備方便。

相變儲能材料的發(fā)展進(jìn)程

全球關(guān)于相變材料的研究已經(jīng)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(jī)相變材料，另一類是無機(jī)相變材料。

相變儲能材料在許多領(lǐng)域具有應(yīng)用價值，包括太陽能利用、電力調(diào)峰、廢熱利用、跨季節(jié)儲熱和儲冷、食物保鮮、建筑隔熱保溫、電子器件熱保護(hù)、紡織、服裝、農(nóng)業(yè)等。

在太陽能方面的應(yīng)用

太陽能是一種清潔、無污染且取用方便的能源。利用太陽能是解決能源危機(jī)的重要途徑之一,且太陽能利用也是相變材料的重要用途之一。由于到達(dá)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(jié)交替等規(guī)律性變化的影響,以及受到陰、晴、云、雨等隨機(jī)因素的制約,其輻射強(qiáng)度不斷發(fā)生變化,而且具有稀薄性、非持續(xù)性和不穩(wěn)定性。因此,為了保證供熱或供電裝置穩(wěn)定不間斷地運(yùn)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(xiàn)活用能的持續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)的要。如美國管道系統(tǒng)公司(Pipe System Inc.)應(yīng)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(yè)中的余熱。

在生態(tài)建筑方面的應(yīng)用

有關(guān)資料顯示，社會一次能耗總消耗量的1/3用于建筑領(lǐng)域。提高建筑領(lǐng)域能源使用效率，降低建筑能耗，關(guān)于整個社會節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境都具有顯著的經(jīng)濟(jì)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(fù)荷低谷時期的電力來蓄熱或蓄冷，使建筑物室內(nèi)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(nèi)的溫度波動，提高舒適度，以及節(jié)約能耗。

在服裝紡織品方面的應(yīng)用

根據(jù)人體的冷熱舒適特點(diǎn),結(jié)合氣候條件的差異,選擇相變溫度適宜的相變材料應(yīng)用于服裝紡織品中,可有效地為人體供應(yīng)一個舒適的微氣候環(huán)境,提高生活質(zhì)量和工作效率。把相變材料摻人紡織品后,假如外界環(huán)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(huán)境溫度的升高而升高;反之,若外界環(huán)境溫度降低,則相變材料結(jié)晶而放出熱能,使體表溫度不隨外界環(huán)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(nèi)。如美國軍方利用相變儲能材料的特性制成了溫度調(diào)節(jié)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。

相變儲能材料應(yīng)用前景展望

當(dāng)前，全球能源應(yīng)用進(jìn)入到了關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何借助先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約，保障材料儲能，是能源資源開發(fā)利用的重點(diǎn)任務(wù)。低碳經(jīng)濟(jì)下, 人們更加重視建筑節(jié)能和循環(huán)經(jīng)濟(jì)。相變儲能材料技術(shù)作為剛新興起來的新材料和技術(shù), 在建筑節(jié)能、生態(tài)可持續(xù)等方面有著不可替代的優(yōu)勢和應(yīng)用價值。而相變儲能裝飾材料行業(yè)也將隨著人們對環(huán)保理念的關(guān)注和我國新一輪城鎮(zhèn)化的發(fā)展迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

儲能相變材料及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景