相变材料储能胶囊的制备与表征+文献综述(3)
潜热储能按材料相变形式,相变过程可分为:固-固、固-液、液-气、固-气四类。从目前所报道的研究和应用实例来分析,固-液相变材料因其环保性能与具有储能密度大、储能过程近似恒温、体积变化小、过程易控制等优点,已在国内外能源开发利用等方面得到广泛的应用。
图 1-1 相变材料分类图
固-液相变储能材料的种类很多,按组成成分可分如下主要类型:
(1) 无机化合物,包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金;
(2) 有机化合物,这类材料有石蜡类、脂肪酸类、酯类、醇类和高分子类等;
(3) 共熔体系及复合材料,分为有机/有机、有机/无机、无机/无机共熔物和复合材料。
1.2.1 结晶水合盐
结晶水合盐可用通式表示为[1]：
AB•mH2O
相变机理可表示为：
式中，Tm为熔融温度；Q为潜热。
结晶水合盐通常是中、低温储能相变材料中重要的一类，其特点是：使用范围广、价格较便宜、热导率较大、潜热较大、体积储热密度较大、一般呈中性。但也存在两个显著的缺点。
(1) 过冷结晶 水合盐溶液在到达其凝固温度时并不结晶凝固，而是须冷却到凝固温度以下一定温度时才开始结晶。所有水合盐都存在过冷现象，但过冷度与水合盐种类有关，有时为几摄氏度，而有时可达几十摄氏度。为了降低和消除过冷结晶，需在水合盐中加入成核剂或采用冷指法，即保留一部分固态相变材料，使其作为成核剂[1]。
(2) 析出 当(AB•mH2O)型水合盐受热时，通常会转变成含有较少结晶水的另一种类型(AB•pH20)，而(AB•pH20)会部分或全部溶解于剩余的(m-p)mol水中。加热过程中，一些盐水混合物变为无水盐，并可全部或部分溶解于水。形成盐水混合物的水量，就是结晶水。若盐的溶解度很高，则当加热到熔融温度以上后，无机盐水混合物可以全部溶解；但若溶解度不高，则即使加热到熔融温度以上，有些盐仍处于非溶解状态，此时，残留的固态物因密度大而沉到容器底部。目前已经研究出了一些解决办法[1]，这里不再赘述。
结晶水合盐的熔融温度为8～117℃，随其组成、甚至结晶水的物质的量而变化，熔融热焓为116～377J／g，变化很大，而且在不同的文献中其熔融热焓值差异较大，实际应用中需要具体测试。结晶水合盐的液态热导率明显小于固态热导率。固态密度明显大于液态密度。
1.2.2 石蜡烃
石蜡烃作为一种石油提炼产品，目前是储热和储冷材料中应用最为广泛的一类材料，无论是精炼石蜡、半精炼石蜡，还是具有高纯度的直链烷烃(n-CnH2n+2)系列产品，均是深受欢迎的相变材料。石蜡烃无毒、低腐蚀、价格较低，过冷结晶现象不明显，可选择产品多等优点是其广泛应用的主要原因，但石蜡烃也具有固-液相变体积变化大，易燃，导热性差等缺陷[3]。
直链烷烃的熔融温度为:30.1～93.7℃，碳原子数继续增多，则其熔点与直链聚乙烯接近，熔融热焓在141～263J/g之间。目前关于结晶温度和结晶热焓的数据不多。直链烷烃的熔点随碳原子数基本是单调递增的；但熔化热随碳原子数的变化要相对复杂一些：含偶数碳原子的烷烃随碳原子数目增大而增大，而含奇数碳原子的烷烃熔化热几乎无规律可言。偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔化热，但链更长时熔化热也趋于相等。
1.2.3 聚醚
目前作为相变材料使用最多的聚醚是聚乙二醇，其重均分子量一般在20000以下。以聚乙二醇为相变材料与纤文素、聚乙烯醇、二甲基色胺、二异氰酸酯等制备的各种固-固相变材料中也广泛使用了聚乙二醇。各种聚丁二醇作为相变材料使用的实例不多，一方面是由于其熔融热焓较低，结晶温度不稳定，另一方面价格也较高。
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