相变材料的研究进展及应用

王迎斌,张海峰,贺行洋,肖虎成

(湖北工业大学土木建筑与环境学院,武汉430068)

随着人口剧增和国民经济的快速发展,人类社会对能源的需求日益增大和传统化石能源的枯竭,能源危机日趋严重。解决能源危机的途径主要有开发可再生新能源和提高能源利用率两大类。可再生新能源主要包括太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等。但是可再生新能源存在分布不均匀、地区差异大、开发成本高等缺陷,限制了进一步的开发与利用,因此提高能源利用率显得尤为重要。相变材料(Phase Change Materials)又称相变储能材料,自身不产生任何形式的能量,通过相态变化实现外界环境中多余热量的存储与释放[1],为提高能源利用率提供了新途径。

1 相变材料的分类

相变材料的分类有三种,第一种按相变形式划分,分为固-固、固-液、固-气、液-气相变材料。固-气、液-气相变材料由于相变前后体积变化较大,需要特定的容器进行封装,同时易发生气体泄漏等现象,因此实际应用较少。而固-固、固-液相变材料在相变过程中体积变化较小,因此成为了研究的热点。第二种按相变温度进行分类,可分为低温相变材料(＜20 ℃)；中温相变材料(20～250 ℃)；高温相变材料(＞250 ℃)。第三种按照材料的化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料、复合相变材料三大类。

1.1 无机相变材料

无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等。由于结晶水合盐类相变材料的高相变潜热、高导热系数、储能密度大、化学性能稳定、成本低廉等优点[2],因此在工业废热余热回收、保温节能建筑等领域得到了广泛的应用。……