相变储能材料

（1）概念与分类

相变储能材料是指在其物相变过程中，可以与外界环境进行能量交换（从外界环境吸收热量或者外界环境放出热量），从而达到控制环境温度和能量利用目的的材料。具体来说，PCM从液态向固态转变时，要经历物理状态的变化，在这个过程中向环境吸热，反之则向环境放热。在物理状态发生变化的时候可储存或释放的能量成为相变热，一般来说，发生相变的温度是很窄的。PCM在熔化或凝固过程中虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却非常大。目前已知的天然合成的相变储能材料可以分为固－固相变储能材料、固－液相变储能材料；按照相变温度范围可以分为高储能材料、中储能材料、低储能材料；按成分又可分为无机物储能材料和有机物（包括高分子）储能材料（图7-1）。通常PCM有多组分构成，包括主储热剂、相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂、相变促进剂等。

图7-1　有应用价值的相变物质

（2）复合相变储热材料

复合相变储热材料既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的传热性能差以及不稳定的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。符合相变材料的应用涉及如下几个方面：①在建筑中的应用，即自动调温建筑墙体的自动调温材料、相变蓄热电加热地板、内墙调温壁纸、建筑物内空气和水加热系统（即PCM与太阳能、其他再生能源或使用夜晚低电价的热泵）、相变储能建筑围护结构；②电力调峰；③航天器仪器恒温及动力供应；④纺织品调温；⑤农业果蔬大棚温度调节；⑥改善发动机性能等。

不论开发出何种PCM，都必须满足如下几个方面的要求：一是热性能要求，有合适的相变温度、较大的相变潜热和合适的导热性能（一般宜大）。二是化学性能要求，在相变过程中不应发生熔析现象，以免导致相变介质化学成分的变化；相变的可比性要好，过冷度应尽量小，性能稳定，无毒、无腐蚀、无污染；使用安全，不易燃、易爆或氧化变质；较快的结晶速度和晶体生长速度。三是物理性能要求，低蒸汽压，体积膨胀率要小，密度较大。四是经济性能要求，原料易购，价格便宜。

复合相变储热材料的制备方法主要有如下几种：①胶囊化技术；②利用毛细管作用将相变材料吸附到多孔基质中；③与高分子材料的复合制备PCM；④无机/有机纳米复合PCM材料研究产生的符合纳米储能材料在储能材料方面成为新的生长点。