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邹小姐：13326633089 -
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全球经济的快(kuai)速(su)发展(zhan)导致对能源的需求快(kuai)速(su)增长，如今能量储(chu)存(cun)已成为可(ke)再生能源技术体(ti)(ti)系的重(zhong)要(yao)组成部分。其中(zhong)，热能储(chu)存(cun)系统（Thermal energy storage system，TESS）是一种通过加热或冷却存储介质来储存热能，以便在以后的时间里可以使用储存的能量来为加热和冷却提供能源。热能储存技术在建筑物和工业过程中使用，可以提高整体效率和可靠性，并能得到更好的经济效益，减少投资和运行成本，减少环境污染，减少碳的排放。
光热电站储热系统
储(chu)热(re)系统(tong)(tong)一(yi)般是将(jiang)热(re)量存储(chu)在储(chu)热(re)介质中(zhong)，高(gao)(gao)能(neng)量密(mi)度和高(gao)(gao)放热(re)吸热(re)效率是所有储(chu)热(re)系统(tong)(tong)的(de)理想特性。从目前(qian)世(shi)界研究的(de)方向来看，热(re)量存储(chu)一(yi)般可以分为(wei)显热(re)储存、潜(qian)热(re)储存和化学储存这三种方式。
其(qi)中(zhong)显(xian)热(re)(re)储存材(cai)(cai)料(liao)在(zai)能(neng)(neng)量(liang)释放过程(cheng)中(zhong)温(wen)度不(bu)(bu)能(neng)(neng)保持(chi)稳定，而(er)且在(zai)热(re)(re)交换中(zhong)热(re)(re)损失(shi)较高，不(bu)(bu)能(neng)(neng)长期保存热(re)(re)量(liang)，且蓄热(re)(re)能(neng)(neng)力较低，不(bu)(bu)能(neng)(neng)满足(zu)如今的工业要求(qiu)；化学(xue)储热(re)(re)是利(li)用储热(re)(re)材(cai)(cai)料(liao)可逆吸热(re)(re)/放热反应过程来储存和释放热量，尽管这种方法储热能力比较好，热损失比较小，但是要面临储热材料对设备的腐蚀、传热和传质能力差和材料开发难等问题，限制了实际应用；潜热储存技术是利用相变材(cai)料(liao)在相变过程中吸收或释放热量，从(cong)而(er)进行热量交换，弥补了显热储存(cun)不能(neng)长期(qi)保存(cun)热量的(de)缺(que)点，而(er)且(qie)储能(neng)密(mi)度较大，没(mei)有化学反应的(de)发(fa)生，不会对生态(tai)环(huan)境造成危害。
相变材料热量交换特(te)性
因此在(zai)储热领域最有前景(jing)的便是潜热储存，不仅可以解决(jue)热能在(zai)时(shi)间(jian)和空间(jian)上不匹配的问题，而(er)且(qie)还可以应用于纺织、建筑和航天等(deng)领域。
相变材料的种类(lei)
一、按相变化分类
按蓄热过程(cheng)中相的变(bian)化可分为(wei)固-固、固-液、固-气和液-气相变(bian)材(cai)料。由于固-气和液-气相变材料在相变过程中体积变化很大，对储热设备要求高，通常不易在实际中应用。
（1）固-固相变材料
固-固相变材料主要包括多元醇类（季戊四醇、新戊二醇、三羟甲基乙烷等）、无机盐类（Li2SO4、KHF2 等）和有机高分子类（高密度聚乙烯等）。
固-固相变材料是通过物质晶体结构的转换来吸收和释放热量，在转换过程中不存在相态的变化，所以体积变化小，没有过冷和泄露等问题，但是不适合与其(qi)他材料进行复合，否则会影响晶体(ti)结构的(de)(de)转换，降低材料的(de)(de)储(chu)热能力，不适合大规模的(de)(de)应用。
（2）固-液相变材料
固(gu)-液相变材料凭借(jie)材料来源广泛(fan)、价格(ge)低廉(lian)、较高相变潜热等优点逐渐成(cheng)为研究的热点，主(zhu)要包括高级脂(zhi)肪烃类(lei)（正十六烷、正十八(ba)烷、石蜡等(deng)）、脂(zhi)肪酸及(ji)其(qi)酯(zhi)类(lei)（硬(ying)脂(zhi)酸、棕榈酸等(deng)）、结晶水(shui)合盐类(lei)（Na2SO4·10H2O、Mn(NO3)2·6H2O 等）、熔融盐类（LiF、NaF、CaF2等）、金属及(ji)合金类（铅-锡合金等）和高分子类（聚乙二醇等）。
储热(re)相(xiang)变(bian)材料(liao)
二(er)、按材料成分(fen)分(fen)类(lei)
按相变材料的成(cheng)分可以分为(wei)有(you)机、无(wu)机、共晶相变材料。
（1）有机相变材料
有机相变(bian)材料可以在(zai)不(bu)发生(sheng)相分离的(de)情况下多次熔化和凝固(gu)，且在(zai)结晶的(de)时(shi)候(hou)有很(hen)小或者没(mei)有过(guo)冷度(du)，通常不(bu)具有腐蚀性，一般分为石蜡类(lei)（烷烃类(lei)及其混合物）和非石蜡类（脂(zhi)肪酸、醇类(lei)、脂(zhi)类(lei)等及(ji)其衍(yan)生物）。
在实际应(ying)用中，考虑(lv)到(dao)成本(ben)问题，大多采用工(gong)业(ye)石蜡(la)，有(you)机相变材料物(wu)理化学性(xing)质稳(wen)定，具有(you)过(guo)冷度(du)小、相变潜热较大、热稳(wen)定性(xing)好等优点，但(dan)是(shi)导热(re)系(xi)数较(jiao)小，传热(re)能力较(jiao)差。
（2）无机相变材料
无机相变材料主要(yao)被应用(yong)于低温(wen)和高温(wen)环境(jing)中，包括结(jie)晶(jing)水(shui)合盐类(lei)、熔融盐类(lei)（硝酸(suan)盐、碳(tan)酸(suan)盐、卤化物等(deng)）、金属类。其(qi)中因水(shui)合盐相变过程容易因各组分密度(du)不一致发生(sheng)相分离，限制(zhi)了其(qi)应(ying)用(yong)；熔融盐一般用(yong)于工业余热的回收(shou)和航天(tian)领域；金(jin)(jin)属(shu)类金(jin)(jin)属(shu)类一(yi)般由低(di)熔点金(jin)(jin)属(shu)及(ji)其合金(jin)(jin)组成，它们具有很高(gao)的(de)相(xiang)变焓值、良好的(de)热稳定(ding)性及(ji)其高(gao)导热能力，可以(yi)被(bei)用于发电厂回(hui)收余热(re)或存储(chu)热(re)量。
（3）共晶相变材料
共晶相变材(cai)料一(yi)般是具有(you)相似或一(yi)致熔点和凝固点的(de)材(cai)料组合，包括无机-无机、有机-有机或者无机-有机相变材料的二元或多元共晶体系，通过混合多种相变材料克服单一相变材料的缺点，使其更好的应用于实际情况。
相变(bian)材料的增强导热方法
除(chu)了相变材(cai)料的储能密度(du)、相变温度(du)，相变材(cai)料的导热性能也(ye)是评价相变材
料重要性能之一。对于大(da)多数(shu)相变材(cai)料(liao)（尤其(qi)是(shi)有机相变储能材(cai)料(liao)）而言，其(qi)导(dao)热系数(shu)往(wang)往(wang)都很低，影响(xiang)实际使用效果，因此需要增强相变材(cai)料(liao)的(de)导(dao)热率。
一、添(tian)加纳米(mi)材料增(zeng)强导(dao)热
增(zeng)强相变材料(liao)导(dao)热率的一种方法是(shi)在储热系统中使用纳(na)米材料或者高导热材料，例如纳(na)(na)米(mi)(mi)颗粒（铜、氧化铜、铝、二(er)氧化硅等）、纳(na)(na)米(mi)(mi)片、纳(na)(na)米(mi)(mi)线、纳(na)(na)米(mi)(mi)管、和纳(na)(na)米(mi)(mi)纤维等。
以(yi)一定的方式(shi)和比例在(zai)液(ye)体(ti)(ti)中(zhong)添加纳(na)米级金属或金属氧(yang)化物粒(li)(li)子，形成新(xin)的强化传热(re)(re)(re)介质。纳(na)米流(liu)体(ti)(ti)导(dao)热(re)(re)(re)系(xi)数增大(da)的原因，一是固体(ti)(ti)颗粒(li)(li)的加入改变了(le)基础(chu)液(ye)体(ti)(ti)的结(jie)构(gou)，增强了(le)混合物内部(bu)的能量(liang)(liang)传递(di)过程，使(shi)得(de)导(dao)热(re)(re)(re)系(xi)数增大(da)；二(er)是纳(na)米粒(li)(li)子的小尺寸(cun)效应(ying)，使(shi)得(de)粒(li)(li)子与液(ye)体(ti)(ti)间(jian)有微(wei)对(dui)流(liu)现(xian)象(xiang)存在(zai)，这种(zhong)微(wei)对(dui)流(liu)增强了(le)粒(li)(li)子与液(ye)体(ti)(ti)间(jian)的能量(liang)(liang)传递(di)过程，增大(da)了(le)纳(na)米流(liu)体(ti)(ti)的导(dao)热(re)(re)(re)系(xi)数。
二、导(dao)热材料(liao)复合(he)
将高(gao)导热(re)材料与相变材料进(jin)行复合(he)是提(ti)高(gao)相变材料导热(re)的另一种(zhong)方法，最常见的是利用(yong)石(shi)墨(mo)、石(shi)墨(mo)烯、碳(tan)纤维(wei)等与相变(bian)材料(liao)进行复合。
（1）碳纤维
碳纤维具有导热系数高（约为10~140W/mK）、比重小、高张力(li)、高(gao)弹性和热膨胀系数等(deng)优点，能与绝大多数相变材料相容，耐(nai)腐蚀能力较强(qiang)，且纤维直径很小，有(you)利于在(zai)材料中均匀布置，作为强(qiang)化传(chuan)热物质一直备受研究者关注(zhu)。
碳(tan)纤(xian)维复合相变材料
（2）膨胀石墨
膨胀石(shi)墨(mo)是(shi)以鳞(lin)(lin)片石(shi)墨(mo)为原料采(cai)用特殊工艺，使鳞(lin)(lin)片石(shi)墨(mo)沿(yan)层(ceng)间方向(xiang)膨化而成的产物。它既(ji)保留了(le)天然鳞(lin)(lin)片石(shi)墨(mo)的导(dao)热性好、无毒害等优良性质(zhi)，又具有(you)天(tian)然鳞(lin)片(pian)石墨(mo)所没有(you)的吸附性、生(sheng)态环境(jing)协调(diao)性以及生(sheng)物相(xiang)容性等特征(zheng)。
在以(yi)石(shi)(shi)蜡为相变材料时多辅以(yi)膨胀石(shi)(shi)墨来提高其热导率(lv)。
石蜡复(fu)合膨胀石墨(mo)
相变材(cai)料的应用
一(yi)、相(xiang)变材(cai)料在航天领域的应用
航天器在(zai)发射到(dao)太空(kong)中在(zai)与大气层摩(mo)擦时会产生大量(liang)的(de)热(re)，这(zhei)些(xie)热(re)量(liang)经接(jie)触
面传递到航(hang)(hang)天(tian)(tian)器(qi)内部(bu)，使(shi)仪器(qi)设备(bei)过(guo)热从而(er)影响航(hang)(hang)天(tian)(tian)器(qi)的(de)稳定性。所(suo)以需要对航(hang)(hang)天(tian)(tian)器(qi)进行热控(kong)(kong)制，减少高温外(wai)壳传递给航(hang)(hang)天(tian)(tian)器(qi)内部(bu)的(de)热量(liang)，或者(zhe)增加仪器(qi)设备(bei)的(de)热容量(liang)从而(er)控(kong)(kong)制仪器(qi)设备(bei)的(de)温度。
相变材料具有较大(da)的(de)储热(re)能力(li)，可以包裹在(zai)仪器设备的表(biao)面吸收外部环境热源，减少内部温度(du)上升幅度(du)，保持在(zai)一定的温度(du)范围。
二、相变材料在建筑领(ling)域的应用
随着人们对环(huan)保能源的需(xu)求不断增加，开发节(jie)能和高效热管理的建(jian)筑材料已经(jing)成为研究的热点，在建(jian)筑(zhu)产品(pin)中加(jia)入潜(qian)热储存材料可以极大地提高蓄热能力(li)。
相变(bian)材料具有较高的(de)存(cun)储密(mi)度和较小的(de)温度变(bian)化(hua)，在(zai)(zai)建筑物的墙壁、天(tian)花(hua)板和地板的热(re)量储存可以通(tong)过在(zai)(zai)这些内部封(feng)装(zhuang)或(huo)者嵌入(ru)合适的相变材料来增强，它们可以直接捕获太阳能(neng)或(huo)者通(tong)过自(zi)然(ran)对流来获取热(re)能(neng)，降低建筑内(nei)(nei)部空气温度(du)波动幅度(du)，使得(de)室内(nei)(nei)温度(du)在较长的(de)时间内(nei)(nei)保持在人体(ti)所(suo)需(xu)的(de)温度(du)范围内(nei)(nei)，从而增加人体(ti)的(de)舒适度(du)。
三、相变材(cai)料在太阳能领域(yu)的(de)应(ying)用
储(chu)能已成为可(ke)再(zai)生能源技术系(xi)统(tong)的重要(yao)组成部分，太(tai)阳能热(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)系(xi)统(tong)相较于于光(guang)伏(fu)系(xi)统(tong)，具有(you)较高的利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)效率，可(ke)以在(zai)白天利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)太(tai)阳能，然而它没有(you)足(zu)够的储(chu)热(re)(re)备份(fen)来(lai)在(zai)太(tai)阳辐射小或(huo)者(zhe)没有(you)太(tai)阳辐射时保持运行。相变材料的利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)可(ke)以使太(tai)阳能热(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)系(xi)统(tong)达到24h高效利用。
四、相变(bian)材料在电池热管理领域的应用
随(sui)着(zhe)锂离子电池市场在个人电子、电动(dong)交通和固定储(chu)能方面的(de)不(bu)断增(zeng)长，锂
离子电(dian)池的(de)安全问题面临着持续(xu)挑战。电(dian)池热(re)(re)失(shi)控会造(zao)成严重风险，所以每个(ge)设计阶段(duan)都需要保护(hu)措施。对电(dian)池进(jin)行热(re)(re)管(guan)理是一(yi)种解决电(dian)池热(re)(re)失(shi)控的(de)有效方法。
利用相变材料的高储热密度吸收电池在使用过程中释放出的热量，有效(xiao)的防止电池发生热失控(kong)。
五、相变材(cai)(cai)料作为(wei)热界(jie)面(mian)材(cai)(cai)料的应(ying)用
热界面材料(TIM)是一种普遍用于IC封装和(he)电子散热的材料，主要(yao)作(zuo)用是填补两种材(cai)料接合或接触时(shi)表面产生的微空隙及凹凸不平的孔洞(dong)，减少热传递的阻抗,提高散热性。
相变热界面材料融合了导(dao)热垫片(pian)和导(dao)热膏的双重优点，在达到相变(bian)温度之前，具有和(he)导热垫片类似的优(you)点，具有良好的弹(dan)性和(he)塑性，但当电子器件(jian)工(gong)作温度升高到熔点以(yi)上时，就(jiu)会发生相变成为液(ye)态，从而(er)有效地润湿热(re)界面，具有和(he)导热膏一样的(de)填(tian)充能力，能够(gou)最大(da)(da)程度地(di)填充界面空隙(xi)，可以使(shi)两材料界面之(zhi)间(jian)的热阻大(da)(da)幅度下降。
此外，相变热(re)界面材料还具有(you)能量缓冲的效果，通过(guo)相(xiang)变过(guo)程(cheng)的热量(liang)吸收或(huo)释放(fang)，额外增(zeng)加热耗散的路径，有利于余(yu)热的传播(bo)和(he)扩(kuo)散，防止温度急(ji)剧(ju)上(shang)升，使器件的工作温度得(de)到缓解，从(cong)而(er)延长使(shi)用(yong)寿(shou)命。
总结
相变材料的开发(fa)已(yi)逐步进入实(shi)用阶段(duan)，主(zhu)要(yao)用于(yu)控制(zhi)关键器件温(wen)度、利用太阳能(neng)、储(chu)存工业反(fan)应中的余(yu)热(re)(re)和(he)废(fei)热(re)(re)。低温(wen)储(chu)能(neng)主(zhu)要(yao)用于(yu)废(fei)热(re)(re)回收(shou)、太阳能(neng)储(chu)存及供暖和(he)空调系统(tong)，高温(wen)储(chu)能(neng)用于(yu)热(re)(re)机、太阳能(neng)电(dian)站、磁流(liu)体(ti)发(fa)电(dian)及人造卫星(xing)等(deng)方(fang)面，在工程保温(wen)材料、医疗保健产品、航空航天(tian)器材、军事侦(zhen)察、日常生活用品等(deng)方(fang)面具有(you)广阔(kuo)的应用前(qian)景。
今后相变储能材料的发展主要体现(xian)在以(yi)下几个方面：
（1）进一步筛选符合环保的低价的有机相变储能材料；
（2）开发复合相变储热材料是克服单一无机或有机相变材料不足、提高其应用性能的有效途径；
（3）针对相变材料的应用场合，开发出多种复合手段和复合技术，研制出多品种的系列复合相变材料是复合相变材料的发展方向之一；
（4）开发多元相变组合材料。在同一蓄热系统中采用相变温度不同的相变材料合理组合，可以显著提高系统效率，维持相变过程中相变速率的均匀性。这对于蓄热和放热有严格要求的蓄能系统具有重要意义；
（5）进一步关注高温储热和空调储冷。太阳能热动力发电技术是一项新技术，是最有前途的能源解决方案之一，必将极大地推动高温相变储热技术的发展。另外，低温储热技术是当前空调行业研究开发的热点，并将成为重要的节能手段。
（6）利用纳米材料的特点制备新型高性能纳米复合相变储热材料是制备高性能复合相变材料的新途径。
参考来源：
1. 相变复(fu)合材料的(de)制备及其导热性能研究，朱洪(hong)宇（兰(lan)州理工大学）；
2. 改善相(xiang)变材(cai)料(liao)导热性能研(yan)究综述，李(li)夔宁(ning)(ning)、郭宁(ning)(ning)宁(ning)(ning)、王(wang)贺（重庆(qing)大学动(dong)力工(gong)程学院）；
3. 相变储(chu)能材料的应(ying)用(yong)及(ji)研究(jiu)现(xian)状，尚燕、张雄（同济大学(xue)材料科学(xue)与(yu)工程学(xue)院）。
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