中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：相變儲(chǔ)能是一種集吸收、儲(chǔ)存和釋放能量的技術(shù)，這種技術(shù)中要用到的材料是相變儲(chǔ)能材料。相變儲(chǔ)能材料會(huì)在特定的溫度節(jié)點(diǎn)發(fā)生相變，從一個(gè)相態(tài)轉(zhuǎn)化為另一個(gè)相態(tài)的過(guò)程中會(huì)吸收或釋放大量的能量。根據(jù)相變材料工作過(guò)程儲(chǔ)存和釋放能量的工作原理，可以解決能源在空間和時(shí)間上分配不均衡的問(wèn)題，提高能源的利用率。由于有機(jī)固-液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)偏低，嚴(yán)重制約相變儲(chǔ)能材料控溫的效果，往往通過(guò)與基體材料或添加劑復(fù)合來(lái)增強(qiáng)相變材料的導(dǎo)熱性能。
1 相變材料概述
1.1 相變儲(chǔ)能材料蓄能原理
相變儲(chǔ)能材料以有機(jī)類和無(wú)機(jī)鹽類居多，從熱力學(xué)的角度分析，相變儲(chǔ)能材料的蓄熱原理可以分為以下兩種方式。（1）物理相變：變材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，而是分子的排列方式發(fā)生改變。物理相變過(guò)程是通過(guò)分子間的振動(dòng)頻率來(lái)改變吸熱、放熱的狀態(tài)，且這個(gè)過(guò)程是可逆的。（2）化學(xué)相變：相變材料內(nèi)部分子發(fā)生鍵的斷裂與重組，當(dāng)鍵斷裂時(shí)吸收大量能量，當(dāng)鍵重組時(shí)放出大量能量。這個(gè)過(guò)程屬于化學(xué)反應(yīng)，也是可逆反應(yīng)。
1.2 相變儲(chǔ)熱材料的導(dǎo)熱過(guò)程
相變蓄熱材料的熱量傳輸過(guò)程是材料表面的原子吸收熱能，并傳遞給相鄰的原子，熱能以共同振動(dòng)波模式或聲子到整個(gè)晶體，最后熱量從材料其他表面通過(guò)熱傳導(dǎo)或熱輻射的方式傳遞到周?chē)h(huán)境。
2 復(fù)合相變材料導(dǎo)熱能力增強(qiáng)的方式
2.1 采用不同結(jié)構(gòu)強(qiáng)化導(dǎo)熱
采用肋片、翅片等結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)導(dǎo)熱能力，其原理是增加換熱面積，提高換熱系數(shù)，增強(qiáng)換熱效果，進(jìn)而提高相變材料的導(dǎo)熱性能。
2.2 多孔介質(zhì)吸附強(qiáng)化導(dǎo)熱
多孔介質(zhì)吸附是以泡沫金屬、膨脹石墨、泡沫金剛石等材料為相變材料的載體，利用多孔基質(zhì)材料內(nèi)部孔隙小且孔隙率高的特點(diǎn)，通過(guò)微孔表面的張力和毛細(xì)作用力將液態(tài)相變材料吸附到內(nèi)，形成多孔基相變儲(chǔ)能材料。多孔材料的骨架結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)導(dǎo)熱、提高儲(chǔ)能效率，成為增強(qiáng)相變材料的導(dǎo)熱性能和復(fù)合相變材料的蓄放熱速率的主流方法之一。
2.3 導(dǎo)熱增強(qiáng)填料強(qiáng)化導(dǎo)熱
由于有機(jī)固-液相變材料和多孔礦物載體的導(dǎo)熱系數(shù)較低，國(guó)內(nèi)外的研究中通過(guò)添加導(dǎo)熱增強(qiáng)填料來(lái)增加相變儲(chǔ)能材料的導(dǎo)熱性能。常見(jiàn)的導(dǎo)熱增強(qiáng)填料有碳基納米材料（CNTs、碳納米釬維、石墨、石墨烯等）、金屬粉體（Fe、Cu、Al等）、金屬氧化物（Al2O3，CuO）和金屬納米線（Ag、Cu納米線）。
2.4 微膠囊強(qiáng)化導(dǎo)熱
相變微膠囊由芯材與壁材組成，即使相變材料發(fā)生相變現(xiàn)象，壁材也能保證其不受外界因素的影響和干擾。微膠囊壁材具有大的比傳熱表面且可以加入一些高導(dǎo)材料，從而提高傳熱效率和熱響應(yīng)。
3 結(jié)語(yǔ)
相變儲(chǔ)能材料具有可以解決能源在時(shí)間和空間上分布不均衡的問(wèn)題，且制作方便、價(jià)格低廉，可以提高資源的利用率。相變材料在發(fā)展過(guò)程中也面臨很多問(wèn)題，如導(dǎo)熱性能差、應(yīng)用性差等問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中要協(xié)調(diào)好材料的整體性能，納米粒子填料可以解決相變材料導(dǎo)熱性差的問(wèn)題，但添加大量的納米粒子會(huì)影響相變材料的潛熱，長(zhǎng)期循環(huán)使用也會(huì)出現(xiàn)粒子沉積、分布不均勻等團(tuán)聚現(xiàn)象，所以應(yīng)協(xié)調(diào)好納米粒子在相變材料中的比例，提高復(fù)合相變材料的整體性能，并開(kāi)發(fā)出新型材料或相容性更高的填料是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。
