第二章 相变储能材料的分类和选择
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相变储能材料的分类和选择
固－固相变材料是最有前途的研究领域之一。 由于对固－固相变研究的时间相对较短，尚有大量的未开垦的 领域。
2.4.3 复合相变材料
（1）胶囊包覆
将相变材料封闭在球形的胶囊中，制成胶囊型复合相变材料 来改善应用性能。
优点：能有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题
缺点：胶囊体材料大都采用高分子物质，其热导率较低， 从而降低了相变材料的储热密度和热性能。
第二章 相变储能材料的分类和选择
2.1 储热的几种方式
显热储能 潜热储能
显热储能
利用材料的热容，通过升高或降低材料 的温度而实现热量的存储或释放的过程。
热容： 对不发生相变化和化学变化，且非体积功等于零的封闭
系统，系统每升高单位热力学温度（1K）所吸收的热。
平均热容： C Q T2 T1
如：太阳能热储存方式
水、土壤、砂石及岩石是最为常见的显热储热材 料。
德国汉堡生态村的设计中，采用了一个容量为 4500L的大储水罐作为储存一年四季中采集的太 阳能的储存设备。
美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能，用于 供暖和提供生活热水。在夏季结束时，土壤温度 可上升至80℃，而在供暖季节结束时，温度降低 为40℃
高分子化合物类的相变材料，由于它是具有一定分子量分布 的混合物，并且由于分子链较长，结晶并不完全， 因此它的相变过程有一个熔融温度范围， 而不像低分子量的物质有一个熔融尖峰。
2.4.1 固－液相变材料
有机类相变材料的特点 优点： ①在固体状态时成型性较好 ②一般不容易出现过冷现象和相分离 ③材料的腐蚀性较小 ④性能比较稳定 ⑤毒性小 ⑥成本低。
完全相同。否则，因液体与固体密度差异发生分离，材料 的化学组成改变。 相变过程的体积变化小，以使盛装容器形状简单。
2.4.3 复合相变材料
（1）胶囊包覆
将相变材料封闭在球形的胶囊中，制成胶囊型复合相变材料 来改善应用性能。
优点：能有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题
缺点：胶囊体材料大都采用高分子物质，其热导率较低， 从而降低了相变材料的储热密度和热性能。
第二章 相变储能材料的分类和选择
2.1 储热的几种方式
显热储能 潜热储能
显热储能
利用材料的热容，通过升高或降低材料 的温度而实现热量的存储或释放的过程。
热容： 对不发生相变化和化学变化，且非体积功等于零的封闭
系统，系统每升高单位热力学温度（1K）所吸收的热。
平均热容： C Q T2 T1
如：太阳能热储存方式
水、土壤、砂石及岩石是最为常见的显热储热材 料。
德国汉堡生态村的设计中，采用了一个容量为 4500L的大储水罐作为储存一年四季中采集的太 阳能的储存设备。
美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能，用于 供暖和提供生活热水。在夏季结束时，土壤温度 可上升至80℃，而在供暖季节结束时，温度降低 为40℃
高分子化合物类的相变材料，由于它是具有一定分子量分布 的混合物，并且由于分子链较长，结晶并不完全， 因此它的相变过程有一个熔融温度范围， 而不像低分子量的物质有一个熔融尖峰。
2.4.1 固－液相变材料
有机类相变材料的特点 优点： ①在固体状态时成型性较好 ②一般不容易出现过冷现象和相分离 ③材料的腐蚀性较小 ④性能比较稳定 ⑤毒性小 ⑥成本低。
完全相同。否则，因液体与固体密度差异发生分离，材料 的化学组成改变。 相变过程的体积变化小，以使盛装容器形状简单。
相变储能材料
上海大学2011-2012学年秋季学期研究生课程考试小论文课程名称：先进功能材料课程编号： 102004812论文题目:相变储能材料综述研究生姓名: 魏敏学号: 论文评语:成绩: 任课教师:评阅日期:相变储能材料综述魏敏上海大学材料科学与工程学院摘要:相变储能材料就是将暂时不用的能量储存起来，到需要时再释放，从而缓解能量需求的矛盾，节约能源。
本文概述了相变储能的原理、种类和特点、制备方法、性能要求以及在建筑中应用，并指出当前应用相变储能材料存在的问题以及新的发展方向。
关键词：相变材料；储能；建筑；节能；一．引言近年来，当今社会能源短缺及环境污染成为我们所面临的重要难题。
开发利用可再生能源对节能和环保具有重要的现实意义。
开发新能源提高能源利用率已成为工业发展的重要课题。
因此，相变储能材料（phase change material）成为国内外能源利用和材料科学方面的研究热点。
相变储能技术可以解决能量供求在时间和空间上不匹配矛盾，也就是可以在能量多时可以储能，在需要时释放出来，从而提高能源利用率。
一些发达国家在推广应用相对比较成熟的储能技术和储能材料，以期待不断提高技术性、经济性和可靠性。
我国也在这方面进行了积极的研究[1-3]。
相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以从环境中吸收热（冷）量或向环境放出热（冷）量，从而达到能量储存和释放的目的。
利用此特性不仅可以制造出各种提高能源利用率的设施，同时由于其相变温度近似恒定，可以用来调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用。
作为为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[1]。
二．相变储能材料介绍相变储能原理储能机理：（1）利用材料的比热容或者材料温度的变化（2）利用材料物态的转变（相变热）相变储能材料的分类相变储能材料的种类繁多，根据不同划分方法可以分成不同的类别。
新型相变储能材料
实例：Hadjieva等将无机物相变储热材料 Na2S203· 2O吸附在多孔结构的水泥内，构成水 5H 合无机盐/水泥复合相变储热材料；Xavier等将有 机物相变储热材料石蜡吸附在具有多孔结构的膨 胀石墨内，构成石蜡/石墨复合相变储热材料
二、共混法制备复合相变材料 为克服传统相变材料在实际应用中需要使用专门容 器以防止其泄漏的缺陷，研究工作者在高聚物包裹 相变材料方面做了许多研究工作，发现高聚物特别
新型相变储能材料的应用
在太阳能热水系统中，相变储热材料可以弥补太 阳能受气候影响的缺陷，在低谷电时段利用储热水 箱内的相变材料由固态变成液态，吸收大量的热； 当连续阴雨天时，相变材料由液态变成固态，放出 热量以维持供应热水。
新型相变储能材料的应用
相变储能复合材料在建筑领域中一个很有前景 的应用方式是将相变材料与现存的通用多孔建 筑材料复合，即将相变材料储藏在多孔建筑材 料中，使这些建筑材料同时具有承重和储能 的双重功能，成为结构一功能一体化建筑材料。
新型相变储能材 料
复合相变储能 材料
胶囊型相变材料
复合相变储能材料
复合相变储能材料是指将相变材料与载体物质相 结合，形成一种外形上可保持固体形状、具有不 流动性的相变材料，其可代替固一固相变材料. 复合相变储能材料组成成分: 工作物质成分，即相变材料，利用其相变来进行 储能、放能。常用的主要是固一液相变材料，如 羧酸类和石蜡类。 载体物质，其作用是保持相变材料的不流动性和 可加工性。载体物质的熔化温度要求高于相变材 料的相变温度，使工作物质的相变范围内保持其 固体的形状和材料性能
与显热储能相比，它具有储能密度高，温度控制恒 定 ，节能效果显著，相变温度选择范围宽等优点。 在航空航天、太阳能利用、蓄热建筑等众多领域具 有广阔的应用前景。
相变储能PPT课件
相变储能技术中的一些材 料具有易燃、易爆等特性， 需要加强安全防护措施。
未来相变储能技术的发展方向
新型材料的研发
未来相变储能技术将更加注重新 型材料的研发和应用，以提高储
能效率和安全性。
智能化控制
随着物联网、云计算等技术的发展， 未来相变储能技术将更加注重智能 化控制，实现能源的智能调度和优 化管理。
广泛应用前景。
航空航天领域
总结词
相变储能技术在航空航天领域中具有重要应用价值，能够为航天器的温度调节提供稳定可靠的解决方 案。
详细描述
在航空航天领域，航天器的温度调节是一个关键问题。相变储能技术由于其高效稳定的温度调节特性 ，被广泛应用于航天器的温度控制系统。通过在航天器中应用相变储能技术，可以确保航天器在各种 复杂环境下都能够保持稳定的温度状态，从而提高航天器的可靠性和安全性。
工业余热回收案例
总结词
相变储能技术在工业余热回收领域的应用， 通过回收和再利用工业生产过程中产生的余 热，提高能源利用效率。
详细描述
在工业生产过程中，大量余热被浪费。相变 储能技术可以将这些余热储存起来，并在需 要时释放。例如，在钢铁、化工等高能耗产 业中，相变储能技术可以用于回收烟气、冷 却水等过程中的余热，再用于供暖、发电等 用途，提高能源利用效率，降低生产成本。
THANKS FOR WATCHING感谢您的Biblioteka 看电池热管理案例要点一
总结词
相变储能技术在电池热管理领域的应用，通过控制电池温 度，提高电池性能和使用寿命。
要点二
详细描述
电池在充放电过程中会产生热量，过高的温度会影响电池 性能和使用寿命。相变储能技术可以通过在电池组中添加 相变材料，实现对电池温度的有效控制。在电池温度升高 时，相变材料吸收热量并储存，降低电池温度；在电池温 度降低时，相变材料释放热量，维持电池温度稳定。这种 技术可以提高电池的充放电性能和使用寿命。
未来相变储能技术的发展方向
新型材料的研发
未来相变储能技术将更加注重新 型材料的研发和应用，以提高储
能效率和安全性。
智能化控制
随着物联网、云计算等技术的发展， 未来相变储能技术将更加注重智能 化控制，实现能源的智能调度和优 化管理。
广泛应用前景。
航空航天领域
总结词
相变储能技术在航空航天领域中具有重要应用价值，能够为航天器的温度调节提供稳定可靠的解决方 案。
详细描述
在航空航天领域，航天器的温度调节是一个关键问题。相变储能技术由于其高效稳定的温度调节特性 ，被广泛应用于航天器的温度控制系统。通过在航天器中应用相变储能技术，可以确保航天器在各种 复杂环境下都能够保持稳定的温度状态，从而提高航天器的可靠性和安全性。
工业余热回收案例
总结词
相变储能技术在工业余热回收领域的应用， 通过回收和再利用工业生产过程中产生的余 热，提高能源利用效率。
详细描述
在工业生产过程中，大量余热被浪费。相变 储能技术可以将这些余热储存起来，并在需 要时释放。例如，在钢铁、化工等高能耗产 业中，相变储能技术可以用于回收烟气、冷 却水等过程中的余热，再用于供暖、发电等 用途，提高能源利用效率，降低生产成本。
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总结词
相变储能技术在电池热管理领域的应用，通过控制电池温 度，提高电池性能和使用寿命。
要点二
详细描述
电池在充放电过程中会产生热量，过高的温度会影响电池 性能和使用寿命。相变储能技术可以通过在电池组中添加 相变材料，实现对电池温度的有效控制。在电池温度升高 时，相变材料吸收热量并储存，降低电池温度；在电池温 度降低时，相变材料释放热量，维持电池温度稳定。这种 技术可以提高电池的充放电性能和使用寿命。
相变储能材料的分类和选择35页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——申斯基
谢谢！
相变储能材料的分类和选择
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
谢谢！
相变储能材料的分类和选择
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
相变储能材料的分类和选择课件
寿命与维护
考虑相变储能材料的寿命以及维护成本，以确 保总体成本效益。
回收利用
评估相变储能材料的可回收性和再利用价值，以降低总体成本。
根据环境因素选择
环境温度
01
根据应用环境温度选择相变储能材料，以确保在高温或低温环
境下仍能正常工作。
安全性
02
考虑相变储能材料的安全性，包括无毒、不易燃等特性，以确
保使用安全。
相变储能材料的分类
根据相变类型，相变储能材料可分为固-固相变、固-液相变 和液-气相变等类型。
根据原材料，相变储能材料可分为无机类、有机类和复合类 等类型。
相变储能材料的应用领域
建筑节能
利用相变储能材料储存和调节建筑物的热量，提高建 筑物的能效和舒适度。
工业余热回收
利用相变储能材料回收工业过程中的余热，提高能源 利用效率。
研究具有长寿命的相变储能材料， 提高储能系统的稳定性和可靠性。
制备工艺的改进
低成本制备工艺
开发低成本、高效的相变储能材料制备工艺，降低生产成本，促 进大规模应用。
环保制备工艺
采用环保、可持续的制备工艺，减少对环境的负面影响。
定制艺。
应用领域的拓展
新能源储存
利用相变储能材料的特性，储存太阳能、地热能等新 能源，实现能源的有效利用。
02
相变储能材料的分类
按照化学性质分类
无机相变材料
无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐和金属等。这类材料具有较高的相变潜热和稳定性，但导热性能较 差，通常需要添加导热剂。
有机相变材料
有机相变材料主要包括石蜡、高分子化合物等。这类材料具有较低的相变潜热和较高的密度，但导热性能较好， 易于加工和循环使用。
相变材料种类及优缺点比较.
20%重量比的
A1 粉末，表观导热系数为 0.48W/m"K ，导热系数增加了不到 3 倍 (原石蜡导热系数为
0.15W/m"K); 相变热控装置的温度均匀性难以保持。在相变材料中添加粉末、纤维填料，很 难保证填料始终均匀分布在相变材料中， 长期运行会导致聚集、 沉淀等不良后果， 导致其强
化传热性能逐渐降低，并使得相变热控装置的温度均匀性变差
航天器或行星登陆车热控将不会使相变装置的重量及储能量有太大变化
[4]0
应用和封装方面的总结（民用产品的启示，包括封装结构和预冷预热等）
:
储能利用，如用在建筑、太阳能热水器、工业废热利用、太阳帆板电池、功能工质、医用暖
片
作为散热器的中间部分，缓冲散热：
1. 对周期性的，间断性的大功率热载荷可以减小散热面
接热片等， 可大大
减轻重量并增加可靠性。
相变材料种类及优缺点比较 ：
目前 相变储能材料的复合方法 有以下几种 :
胶囊型相变材料、与高分子材料复合制备定形相变材料、
将相变材料吸附到多孔基质中
相变储能材料使用存在的问题 ：耐久性、经济性、储能密度
耐久性问题。首先 ,相变材料在循环相变过程中热物理性质的退化。其次
2. 与主动热控的强制对流、自然对流等措施结合（风扇排热或者液体工质散热）
，通过增
加热容来增强热控系统的热控能力；若预先加热或者冷冻，可进一步提高其热控能力或
者增加热控系统的安全系数。即能承担更大的热载荷。如大型电池的控温。
3. 与热管结合使用，可将某一部分的废热用来控制其他部分的温度水平 恒温控制 :由于相变时温度维持在相变点，可实现对对温度敏感的电子元器件的精确控温
以石蜡为相变材料 ,以阿拉伯胶囊体材料 ,制备了定形相变贮热材料；复合型相变贮热材料
相变储能材料
相变储能材料的储能性能问题，对于相变储能复合材 料，为了使储能体更加小巧和轻便，要求相变储能复 合材料具有更高的储能性能。目前的相变储能复合材 料的储能密度普遍小于120J/g，有学者预测，通过增加 相变物质在复合材料中的含量和选择相变焓更高的相 变物质，在未来，将有可能将想变储能复合材料的储 能密度提高到150—200J/g。
相变材料的制备方法
基体材料封装相变材料法 基体和相变材料熔融共混法 混合烧结法
微胶囊技术
将固液态PCM封装技术分散成球形小颗粒，再 在表面封装一层性能稳定的壳材，即得到相变 材料微胶囊。
相变储能材料在建筑中的应用
上个世纪80年代美国Dow 化学公司对近2万 种相变材料进行了测试, 结果表明只有1% 的相 变材料有使用价值, 它们是有合适熔点的水合 盐以及一些有机相变材料。由于民用建筑对材 料的性质与经济因素有严格的限制, 适用于储 能建材的相变材料就更少了。
应用实例三：空调系统
供暖储能系统 ( 1)相变蓄热地板辐射供暖系统 ( 2)带相变蓄热器的空气型太阳能供暖系统 空调蓄冷系统 ( 1)利用楼板蓄冷的吊顶空调系统 ( 2)相变蓄冷空调新风机组
相变蓄热地板
相变材料在地板中的应用，一般都会结合 电加热方式，以组成电加热相变蓄热地板采暖 系统。地板采暖使得室内水平温度分布均匀， 垂直温度梯度小，不仅符合人体“足暖头凉” 的需要，而且采暖能耗较低，接近理想的采暖 方式。
PCM在建筑中应用需要的条件
具有良好的热传导系数，单位质量的相变潜热大，体积膨胀 率小，密度大；
相变过程可逆性好，相变过程的方向仅以温度决定，不存在 过冷和降解现象；
无毒、无腐蚀、无泄漏、防火、不污染环境； 相变材料经济且原料来源容易； 相变过程可靠性好，不会产生降解和变化，使用寿命长，一
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显热储能的特点
优点 原理简单、材料来源丰富、成本低廉 系统结构简单、运行方便
缺点 储能密度小、储能装置体积大
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潜热储能
利用物态转变过程中伴随的能量吸收和 释放进行的。 相变潜热：
相变过程中伴有的能量的吸收或释放， 这部分能量称为相变潜热。
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潜热储能的优点
比显热储能高得多的储能密度。
如：水 水在大气压力下，水沸腾其潜热约为2260 kJ/kg， 冰融化其潜热为355 kJ/kg.
第二章 相变储能材料的分类和选择
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2.1 储热的几种方式
显热储能 潜热储能
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显热储能
利用材料的热容，通过升高或降低材料 的温度而实现热量的存储或释放的过程。
热容： 对不发生相变化和化学变化，且非体积功等于零的封闭
系统，系统每升高单位热力学温度（1K）所吸收的热。
平均热容： C Q T2 T1
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（1）热力学标准 熔点，在需要的温度范围内。单位质量潜热大，以便以较
少的数量即能储存给定数量的热能。 密度高，这样盛装的容器会更小。 比热大，以提供额外的显热效果。 热导率大，以便储、放热时储存物质内的温度梯度小。 协调融解，材料应该熔化完全，以使液相和固相在组成上
水在1个大气压力下，从20 ℃加热到40 ℃， 温差为20 ℃的显热仅为84 kJ/kg
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2.2 储能材料的相变形式
（1）Solid
Solid
融化或熔化
（2）Solid
Liquid
凝固或固化
可行的相变储能方式 材料的体积变化小
（3）Liquid 汽化或蒸发 Gas
液化或凝结
（4）Solid 升华 Gas 凝华 .
解决办法：
①加增稠剂，可防止混合物中成分的分离 ②加晶体结构改变剂 ③盛装相变材料的容器采用薄层结构 ④摇晃或搅动。
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2.4.1 固－液相变材料
2、有机类：（石蜡）
高级脂肪烃类 、 脂肪酸、 醇类 多羟基碳酸类、聚烯烃类 、 聚多元醇类
同系有机物的相变温度和相变焓会随着其碳链的增长而增大， 但随着碳链的增长，相变温度的增加值会逐渐减小， 其熔点最终将趋于一定值
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2.4.1 固－液相变材料
存在问题： （1）过冷现象：
物质冷凝到“冷凝点”时并不结晶,而须到“冷凝点” 以下的一定温度时方开始结晶。导致物质不能及时发生相 变，从而影响热量的及时释放和利用
产生原因：水合盐结晶时成核性能差
解决办法： ① 加成核剂（如：芒硝，成核剂为硼砂） ② 冷指法：即保留一部分冷区，使未融化 的部分晶体作为成核剂。
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（3） 化学标准
高稳定性。 不发生分解，以使潜热储能材料具有长期的使用寿命。 对构件材料无腐蚀作用。 材料应该无毒性、不燃、无爆炸性。
（4）经济标准
可大量获得。 廉价。
先考虑有合适的相变温度和较大的相变热， 再考虑各种影响研. 究和应用的综合性因素。
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如：太阳能热储存方式
水、土壤、砂石及岩石是最为常见的显热储热材 料。
德国汉堡生态村的设计中，采用了一个容量为 4500L的大储水罐作为储存一年四季中采集的太 阳能的储存设备。
美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能，用于 供暖和提供生活热水。在夏季结束时，土壤温度 可上升至80℃，而在供暖季节结束时，温度降低 为40℃
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2.4.1 固－液相变材料
存在问题：
（2）相分离： 当温度上升时，释放出来的结晶水的数量
不足以溶解所有的非晶态固体脱水盐，由于密度的差异， 这些未溶脱水盐沉降到容器底部，在逆相变过程中，即 温度下降时，沉降到底部的脱水盐无法与结晶水结合而 不能重新结晶，使得相变过程不可逆，形成相分层，导致 溶解的不均匀性，从而造成储能能力逐渐下降
酯酸类
其它有机类
混合类 有机类与无机类相变材料的混合
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2.4.1 固－液相变材料
1、无机类：结晶水合盐
结晶水合盐提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏 度的可供选择的相变材料
结晶水合盐的通式：AB·mH2O
相变机理：
AB·mH2O
加热（T>Tm) 冷却（T<Tm)
AB + mH2O
AB·mH2O
加热（T>Tm)
完全相同。否则，因液体与固体密度差单。
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（2） 动力学标准 凝固时无过冷现象或过冷度很小。
熔体应该在其热力学凝固点结晶。这可通过高的晶体成核 速度(Nucleation rate)及生长速率来实现，有时也可向储 热材料中加入成核剂或“冷指”(Cold finger)来抑制过冷 现象。
使用范围广、价格较便宜、 导热系数较大（与有机类相变材料相比） 融解热较大、密度较大、体积储热密度较大、 一般呈中性
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的 材料，两侧表面的温差为1度（K，℃）， 在1秒钟内（1S）（ 非1H，1小时内），通 过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度 （W/(m·K)，此处为K可用℃代替）。
冷却（T<Tm)
AB·pH2O +
.
(m-p)H2O
2.4.1 固－液相变材料
常用的结晶水合盐
Na2SO4·10H2O (芒硝）（Glauber’s salt) MgCl2⋅6H2O CaCl2⋅6H2O
.
2.4.1 固－液相变材料
结晶水合盐的特点
是中、低温储热相变材料中重要的一类
优点：
实际很少利用 相变过程中气体所占体积太大
2.3 相变储能材料的定义及评价标准
1. 定义
利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热，可以进行热 能的储存和温度调节控制，这种具有热能存储和温度调控 功能的物质称为相变材料（Phase change materials, PCMs）
不是所有物质的相变过程都可以用于储能目的，PCMs 能够 “…经受无限制次数的熔化和凝固循环，其物理与化学性质没 有变化”
2.4 相变储能材料的分类
按照相变温度的范围
高温储能材料（250 ℃以上） 中温储能材料（100～250 ℃） 低温储能材料 (100℃以下）
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2.4 相变储能材料的分类
按照材料的组成成分 无机类
相变材料
有机类
结晶水合盐（如Na2SO4·10H2O) 熔融盐 其它无机类相变材料（如水）
金属（包括合金） 石蜡类
显热储能的特点
优点 原理简单、材料来源丰富、成本低廉 系统结构简单、运行方便
缺点 储能密度小、储能装置体积大
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潜热储能
利用物态转变过程中伴随的能量吸收和 释放进行的。 相变潜热：
相变过程中伴有的能量的吸收或释放， 这部分能量称为相变潜热。
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潜热储能的优点
比显热储能高得多的储能密度。
如：水 水在大气压力下，水沸腾其潜热约为2260 kJ/kg， 冰融化其潜热为355 kJ/kg.
第二章 相变储能材料的分类和选择
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2.1 储热的几种方式
显热储能 潜热储能
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显热储能
利用材料的热容，通过升高或降低材料 的温度而实现热量的存储或释放的过程。
热容： 对不发生相变化和化学变化，且非体积功等于零的封闭
系统，系统每升高单位热力学温度（1K）所吸收的热。
平均热容： C Q T2 T1
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（1）热力学标准 熔点，在需要的温度范围内。单位质量潜热大，以便以较
少的数量即能储存给定数量的热能。 密度高，这样盛装的容器会更小。 比热大，以提供额外的显热效果。 热导率大，以便储、放热时储存物质内的温度梯度小。 协调融解，材料应该熔化完全，以使液相和固相在组成上
水在1个大气压力下，从20 ℃加热到40 ℃， 温差为20 ℃的显热仅为84 kJ/kg
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2.2 储能材料的相变形式
（1）Solid
Solid
融化或熔化
（2）Solid
Liquid
凝固或固化
可行的相变储能方式 材料的体积变化小
（3）Liquid 汽化或蒸发 Gas
液化或凝结
（4）Solid 升华 Gas 凝华 .
解决办法：
①加增稠剂，可防止混合物中成分的分离 ②加晶体结构改变剂 ③盛装相变材料的容器采用薄层结构 ④摇晃或搅动。
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2.4.1 固－液相变材料
2、有机类：（石蜡）
高级脂肪烃类 、 脂肪酸、 醇类 多羟基碳酸类、聚烯烃类 、 聚多元醇类
同系有机物的相变温度和相变焓会随着其碳链的增长而增大， 但随着碳链的增长，相变温度的增加值会逐渐减小， 其熔点最终将趋于一定值
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2.4.1 固－液相变材料
存在问题： （1）过冷现象：
物质冷凝到“冷凝点”时并不结晶,而须到“冷凝点” 以下的一定温度时方开始结晶。导致物质不能及时发生相 变，从而影响热量的及时释放和利用
产生原因：水合盐结晶时成核性能差
解决办法： ① 加成核剂（如：芒硝，成核剂为硼砂） ② 冷指法：即保留一部分冷区，使未融化 的部分晶体作为成核剂。
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（3） 化学标准
高稳定性。 不发生分解，以使潜热储能材料具有长期的使用寿命。 对构件材料无腐蚀作用。 材料应该无毒性、不燃、无爆炸性。
（4）经济标准
可大量获得。 廉价。
先考虑有合适的相变温度和较大的相变热， 再考虑各种影响研. 究和应用的综合性因素。
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如：太阳能热储存方式
水、土壤、砂石及岩石是最为常见的显热储热材 料。
德国汉堡生态村的设计中，采用了一个容量为 4500L的大储水罐作为储存一年四季中采集的太 阳能的储存设备。
美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能，用于 供暖和提供生活热水。在夏季结束时，土壤温度 可上升至80℃，而在供暖季节结束时，温度降低 为40℃
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2.4.1 固－液相变材料
存在问题：
（2）相分离： 当温度上升时，释放出来的结晶水的数量
不足以溶解所有的非晶态固体脱水盐，由于密度的差异， 这些未溶脱水盐沉降到容器底部，在逆相变过程中，即 温度下降时，沉降到底部的脱水盐无法与结晶水结合而 不能重新结晶，使得相变过程不可逆，形成相分层，导致 溶解的不均匀性，从而造成储能能力逐渐下降
酯酸类
其它有机类
混合类 有机类与无机类相变材料的混合
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2.4.1 固－液相变材料
1、无机类：结晶水合盐
结晶水合盐提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏 度的可供选择的相变材料
结晶水合盐的通式：AB·mH2O
相变机理：
AB·mH2O
加热（T>Tm) 冷却（T<Tm)
AB + mH2O
AB·mH2O
加热（T>Tm)
完全相同。否则，因液体与固体密度差单。
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（2） 动力学标准 凝固时无过冷现象或过冷度很小。
熔体应该在其热力学凝固点结晶。这可通过高的晶体成核 速度(Nucleation rate)及生长速率来实现，有时也可向储 热材料中加入成核剂或“冷指”(Cold finger)来抑制过冷 现象。
使用范围广、价格较便宜、 导热系数较大（与有机类相变材料相比） 融解热较大、密度较大、体积储热密度较大、 一般呈中性
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的 材料，两侧表面的温差为1度（K，℃）， 在1秒钟内（1S）（ 非1H，1小时内），通 过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度 （W/(m·K)，此处为K可用℃代替）。
冷却（T<Tm)
AB·pH2O +
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(m-p)H2O
2.4.1 固－液相变材料
常用的结晶水合盐
Na2SO4·10H2O (芒硝）（Glauber’s salt) MgCl2⋅6H2O CaCl2⋅6H2O
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2.4.1 固－液相变材料
结晶水合盐的特点
是中、低温储热相变材料中重要的一类
优点：
实际很少利用 相变过程中气体所占体积太大
2.3 相变储能材料的定义及评价标准
1. 定义
利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热，可以进行热 能的储存和温度调节控制，这种具有热能存储和温度调控 功能的物质称为相变材料（Phase change materials, PCMs）
不是所有物质的相变过程都可以用于储能目的，PCMs 能够 “…经受无限制次数的熔化和凝固循环，其物理与化学性质没 有变化”
2.4 相变储能材料的分类
按照相变温度的范围
高温储能材料（250 ℃以上） 中温储能材料（100～250 ℃） 低温储能材料 (100℃以下）
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2.4 相变储能材料的分类
按照材料的组成成分 无机类
相变材料
有机类
结晶水合盐（如Na2SO4·10H2O) 熔融盐 其它无机类相变材料（如水）
金属（包括合金） 石蜡类