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揭秘相變儲能材料的神奇力量與廣泛應用

文章來源：賢集網更新時間：2024-07-25 10:11:27

在當今能源需求日益增長和環保要求不斷提高的時代，尋找高效、可靠的儲能方式成為了科學界和工業界共同關注的焦點。相變儲能材料，作為一種具有巨大潛力的儲能技術，正逐漸走進人們的視野，并在多個領域展現出獨特的優勢和廣闊的應用前景。接下來，讓我們一同深入探究相變儲能材料的奧秘。

01

相變儲能材料的理論基礎

（一）熱力學與能量轉化

熱力學第一定律表明能量守恒，相變儲能材料在相態轉變時固定或釋放能量。熱力學第二定律則對相變機制提出更高要求，需實現熱量最優轉化。

（二）儲能原理

相變儲能以熱量為基本形式，相變儲熱又稱潛熱儲熱，物質相變過程吸收或釋放的熱量稱為潛熱，可轉化為其他能量形式。

（三）材料特點及參數

相變儲能材料具有高效儲能、儲熱密度高、儲熱周期長、儲熱過程近似恒溫、可逆且壽命長、易于維護、安全性高、環保等特點。相點、相變潛熱、液相率、導熱率等參數影響材料應用。

（四）材料分類

可按相變溫度（低溫、中溫、高溫）、相變狀態（固-固、固-液等）、相變物質（無機、有機、復合）分類，方便研究和明確使用環境。

02

相變儲能材料的應用領域

（一）太陽能與風能

在太陽能利用中，相變儲能材料可直接潛熱集熱，吸收光伏板多余熱量作備用能源，提高利用率。在風能領域，能平衡風電系統能量，保障穩定運行。

（二）燃料電池

燃料電池工作發熱，相變材料可優化電池熱管理，集成到電池組并配合智能調控系統，提升電池壽命和性能。

（三）建筑工程與冷鏈運輸

在建筑工程中，相變儲能材料用于屋頂隔熱、墻體保溫和玻璃暖房等，改善熱環境。在冷鏈運輸中，如食品和醫用領域，有良好發展空間，相關研究已取得成果。

（四）電力系統

電力系統向新能源發展，易受可再生能源不穩定和間歇性影響。相變儲能材料可用于調峰填谷，平衡電力供需差異。

（五）個體防護服

全球變暖趨勢下，高溫作業風險增加，相變材料制作的降溫服有制冷好、便利、成本低等優點，能降低高溫對人體傷害。

03

相變儲能材料在建筑領域的應用

（一）BeiPCM產品及選擇

BeiPCM是北京綠能團隊自主研發的相變儲能材料，定位在恒溫冷鏈運輸、綠色節能建筑等領域。建筑用相變儲能材料要求相變過程體積變化小、相變溫度適中且潛熱大、長期穩定性好、無毒無腐蝕、原料價格低廉。

（二）節能原理

固-液相變儲能材料在相變時吸熱或放熱調節溫度，能降低建筑溫度波動，減少能耗，提高熱舒適性。通過對比普通建筑和復合PCM建筑，可看出其在維持室內溫度穩定方面的優勢。

（三）商業化應用

相變建筑材料早在美國能源部支持下用于建筑工業，20世紀90年代相關技術發展，德國BASF公司的應用案例顯示其能減少空調使用頻率，保持室內舒適環境。

04

典型相變儲能材料

（一）膨脹石墨基與生物質碳基材料

膨脹石墨具高膨脹性和多孔結構，用作相變儲能材料有高導熱率等優勢。生物質材料碳化后多孔且褶皺多，表面積大，利于傳熱，能提高潛熱值，防止材料泄露。

（二）熔融鹽材料

熔融鹽是重要無機材料，特點是使用溫度范圍廣、熱容量和穩定性高，如HITEC熔鹽，主要用于太陽能熱發電。

（三）金屬基陶瓷復合材料

金屬相變材料儲能密度和熱穩定性好，陶瓷材料熱性能佳，冷凍鑄造法可制備熱物理性能及各向異性良好的復合材料。

最后

零碳未來自主研發的高端復合相變儲能材料已用于儲冷、儲熱領域。如7.5℃相變儲能材料適用于空調冷水系統蓄冷，58℃相變儲能材料用于儲熱采暖等。材料經權威檢測充放6000次性能損耗不超5%，相變溫度可定制，對環境無害，灌裝運輸方式因材料狀態而異，建議訂購封裝成品。

總之，相變儲能材料在儲能領域具有重要地位和廣闊應用前景，雖存在一些問題，但不斷研究和改進將推動其發展，成為未來儲能的重要材料。

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來源：賢集網
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