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1、相变储热材料性能研究相变储热材料性能研究 主讲人：导师：一、研究目的和意义一、研究目的和意义环境污染、环境污染、能源紧缺能源紧缺太阳能热发电与太阳能热发电与储热材料储热材料 相变储热相变储热材料材料 矿物燃料的燃烧造矿物燃料的燃烧造成环境污染和能源成环境污染和能源紧缺两大问题。紧缺两大问题。太阳能利用成为新太阳能利用成为新趋势之一。趋势之一。由于受天气等自然条由于受天气等自然条件影响，收集到的太件影响，收集到的太阳辐射具有非连续、阳辐射具有非连续、非稳态的特点非稳态的特点,使得太使得太阳能的利用缺乏可控阳能的利用缺乏可控性。性。储热材料可以储存太储热材料可以储存太阳能，在适当的时候阳能，在适当
2、的时候释放热量，保证供电释放热量，保证供电供热装置持续稳定工供热装置持续稳定工作。作。理想的相变材料应具备理想的相变材料应具备的条件：的条件：合适的相变温度，较合适的相变温度，较大的相变潜热；大的相变潜热；无毒，无腐蚀，不易无毒，无腐蚀，不易燃且价格低廉；燃且价格低廉；导热率高，利于快速导热率高，利于快速储存和释放热量；储存和释放热量；热稳定性好，长期熔热稳定性好，长期熔化化/凝固热循环后储凝固热循环后储热性能衰减小；热性能衰减小；储热密度高，应具有储热密度高，应具有较大的比热容和化较大的比热容和化学反应热效应。学反应热效应。二、研究内容和问题二、研究内容和问题相变储热材料：利用材料在相变时吸
3、热和放热的现象，相变储热材料：利用材料在相变时吸热和放热的现象，来进行热能储存和温度调节控制。来进行热能储存和温度调节控制。（一）（一）按照相变的方式一般分为固按照相变的方式一般分为固-固相变、固固相变、固-液相液相变、固变、固-气相变和液气相变和液-气相变四大类。由于固气相变四大类。由于固-气相变和气相变和液液-气相变方式在相变过程中伴随有大量气体的产生，气相变方式在相变过程中伴随有大量气体的产生，体积变化很大，体积变化很大，对容器要求高，故在对容器要求高，故在实际应用实际应用中难推中难推广广。因此因此固固-固相变和固固相变和固-液相变被看作是重点研究的液相变被看作是重点研究的对象。对象。（
4、二）根据使用温度不同分为低温、中温和高温相变（二）根据使用温度不同分为低温、中温和高温相变储热材料。太阳能热水系统（储热材料。太阳能热水系统（80）等领域的应用，）等领域的应用，推动低温相变储热材料的快速发展；太阳能热发电系推动低温相变储热材料的快速发展；太阳能热发电系统（统（300）等领域的需求使高温相变储热材料具有）等领域的需求使高温相变储热材料具有广阔的应用背景。国内外关于中温相变储热材料研究广阔的应用背景。国内外关于中温相变储热材料研究较少。较少。当前相变储热材当前相变储热材料主要研究对象料主要研究对象有机相变储热材料有良好的有机相变储热材料有良好的固体成型性、对储热室的腐固体成型性、
5、对储热室的腐蚀性小、对人体几乎无毒等蚀性小、对人体几乎无毒等优点，但该类材料也存在导优点，但该类材料也存在导热性能差，使得在吸收和释热性能差，使得在吸收和释放能量过程中传热效率低，放能量过程中传热效率低，从而降低系统的使用效率，从而降低系统的使用效率，且储热密度小、温度升高易且储热密度小、温度升高易挥发、易燃烧甚至爆炸或暴挥发、易燃烧甚至爆炸或暴露在空气中易氧化、老化等露在空气中易氧化、老化等问题。问题。无机相变储热材料具有较高的无机相变储热材料具有较高的相变潜热和储热密度、合适的相变潜热和储热密度、合适的熔点，且大多为化工副产品，熔点，且大多为化工副产品，价廉易得。但这类材料存在过价廉易得。
6、但这类材料存在过冷和相分离的现象，随着熔化冷和相分离的现象，随着熔化/凝固热循环过程的进行，材凝固热循环过程的进行，材料储热性能会逐步恶化甚至丧料储热性能会逐步恶化甚至丧失储热能力，且具有较强的腐失储热能力，且具有较强的腐蚀性，容易对容器壁造成一定蚀性，容易对容器壁造成一定的复试渗透，因此对容器材料的复试渗透，因此对容器材料提出了较高要求。提出了较高要求。铝基合金的相变潜热高，但其相铝基合金的相变潜热高，但其相变温度也较高，从而带来高温腐变温度也较高，从而带来高温腐蚀性问题，给储热装置提出了较蚀性问题，给储热装置提出了较高的技术要求。高的技术要求。金属合金相变储热材料以其储热金属合金相变储热材
7、料以其储热密度大、热稳定性好、导热率高密度大、热稳定性好、导热率高和较长的使用寿命等优势在热能和较长的使用寿命等优势在热能储存领域具有重要作用。储存领域具有重要作用。目前许多工程应用和专利的申请均目前许多工程应用和专利的申请均是以铝基合金、锌基合金等高熔点是以铝基合金、锌基合金等高熔点合金为储能材料进行的，其它金属合金为储能材料进行的，其它金属合金成分的研究比较缺乏。合金成分的研究比较缺乏。金属合金属合金相变金相变储热材储热材料料课题组研究课题组研究方向和问题：方向和问题：研究目标：研究开发出高研究开发出高储能密度、性能稳储能密度、性能稳定、热导率高的中定、热导率高的中温相变储热材料。温相变储
8、热材料。选定锡（选定锡（Sn)Sn)、铋、铋（Bi)Bi)、铅（、铅（Pb)Pb)、锌（锌（Zn)Zn)等低熔点合等低熔点合金相变储能材料作金相变储能材料作为研究对象。为研究对象。研究内容开发相变温度在开发相变温度在100-300100-300，单位体积相变潜热大于单位体积相变潜热大于300J/cm300J/cm3 3的低熔点二元合金相变储热材的低熔点二元合金相变储热材料。料。对性能最优的二元合金进行对性能最优的二元合金进行500500次的反复熔化次的反复熔化/凝固的热循凝固的热循环实验，研究合金热物性能的环实验，研究合金热物性能的变化，以及组织结构的变化，变化，以及组织结构的变化，分析其对合金热性能的影响。分析其对合金热性能的影响。在性能最优的二元合金基础在性能最优的二元合金基础上，加入上，加入BiBi、CuCu等元素，分析等元素，分析其对合金组织结构和热物性能其对合金组织结构和热物性能的影响。的影响。