相变在电力电子应用储能相变材料及其产业化应用前景

储能相变材料及其产业化应用前景

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北极星储能网讯:一直以来，储能技术因其被视为一种合理、高效、清洁利用能源的重要手段，受到业界的高度重视。而储能的核心是储能材料，其中，相变储能材料以储能力度大、储热容器体积小、热效率高以及吸热放热温度恒定等优点，成为近年来各国竞相研究和开发的热点。

（来源：微信公众号“明德创投”作者：孔华）

相变储能材料是什么

要想知道什么是相变储能材料，首先需要了解物质的相变概念。物质的存在通常认为有三态：固态、液态和气态。物质从一种状态变到另一种状态就叫做相变。相变的形式有以下四种：（1）固-液相变；（2）液-气相变；（3）固-气相变；（4）固-固相变。相变过程伴有能量的吸收或释放，我们就可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，利用相变材料来存储能量。

具体而言，相变储能材料就是利用物质相变化过程中，与外界环境进行能量交换，从而达到控制环境温度和利用能量目的的材料。

良好的相变储能材料需要具备如下特点：合适的相变温度,因为相变温度是需要控制的特定温度;较大的相变潜热;较好的相变的可逆性,较小的过冷度;性能稳定性好,可反复使用而不发生熔析和副反应;良好的导热性,相变速度快;材料的密度较大,从而体积能量密度较大;相变时膨胀收缩性小;蒸气压要低,不易挥发损失;符合绿色化学要求,即无毒、无腐蚀、无污染;使用安全,不易燃、易爆或氧化变质;原料价廉易得,材料制备方便。

相变储能材料的发展进程

全球对于相变材料的研究已经有几十年的历史，目前相变材料基本分为两大类，一类是有机相变材料，另一类是无机相变材料。

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、食物保鲜、建筑隔热保温、电子器件热保护、纺织、服装、农业等。

在太阳能方面的应用

太阳能是一种清洁、无污染且取用方便的能源。利用太阳能是解决能源危机的重要途径之一,且太阳能利用也是相变材料的重要用途之一。由于到达地球表面的太阳辐射能量密度不高,且受地理位置、昼夜和季节交替等规律性变化的影响,以及受到阴、晴、云、雨等随机因素的制约,其辐射强度不断发生变化,而且具有稀薄性、非连续性和不稳定性。因此,为了保证供热或供电装置稳定不间断地运行,就需要通过储热装置把多余的太阳能储存起来,在太阳能不足时再释放出来,从而满足生产生活用能的连续、稳定供应的需要。如美国管道系统公司(Pipe System Inc.)应用CaCI2· 6H2O作为相变储能材料制成贮热管,用来储存太阳能和回收工业中的余热。

在生态建筑方面的应用

有关资料显示，社会一次能耗总消耗量的1/3用于建筑领域。提高建筑领域能源使用效率，降低建筑能耗，对于整个社会节约能源和保护环境都具有显著的经济效益和社会影响。

利用相变储能建筑材料可有效利用太阳能来蓄热或电力负荷低谷时期的电力来蓄热或蓄冷，使建筑物室内和室外之间的热波动幅度减弱、作用时间被延迟，从而降低室内的温度波动，提高舒适度，以及节约能耗。

在服装纺织品方面的应用

根据人体的冷热舒适特点,结合气候条件的差异,选择相变温度适宜的相变材料应用于服装纺织品中,可有效地为人体提供一个舒适的微气候环境,提高生活质量和工作效率。把相变材料掺人纺织品后,如果外界环境温度升高,则相变材料熔化而吸收热能,使体表温度不随外界环境温度的升高而升高;反之,若外界环境温度降低,则相变材料结晶而放出热能,使体表温度不随外界环境温度的降低而降低,从而使体表温度维持在舒适的范围内。如美国军方利用相变储能材料的特性制成了温度调节织物,用于海军低温干式潜水服、空军防寒抗浸服、防红外隐身服装和陆军士兵保温靴袜等,具有良好的保温或降温效果。

相变储能材料应用前景展望

当前，全球能源应用进入到了关键环节，如何借助先进的技术实现能源节约，保障材料储能，是能源资源开发利用的重点任务。低碳经济下, 人们更加注重建筑节能和循环经济。相变储能材料技术作为刚新兴起来的新材料和技术, 在建筑节能、生态可持续等方面有着不可替代的优势和应用价值。而相变储能装饰材料行业也将随着人们对环保理念的关注和我国新一轮城镇化的发展迎来新的发展机遇。

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上海电力大学能机学院相变储热领域研究成果入选ESI高被引论文

　　未来网高校频道9月18日讯（记者杨子健通讯员闫霆）根据最新ESI数据库检索，上海电力大学能源与机械工程学院潘卫国教授领衔的科研团队在相变储热领域的综述性文章入选ESI高被引论文。该论文题为“Thermal conductivity enhancement on phase change materials for thermal energy storage：A review”，于2020年3月发表于国际高水平学术期刊《Energy Storage Materials》（即时影响因子16.28）上。该论文第一作者为硕士研究生吴韶飞（2020届硕士毕业生，现于上海交通大学攻读博士），闫霆和潘卫国为论文的共同通讯作者。

　　该论文主要对非金属无机和有机相变材料热传导机制进行深入研讨，阐述了复合相变储热材料有效热导率的影响因素，进而指出了提高复合相变储热材料热导率的方法。

　　该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等资助，得到了机械工业清洁发电环保技术重点实验室和上海发电环保工程技术研究中心的支持。