中國儲能網(wǎng)訊：相變儲能是一種集吸收、儲存和釋放能量的技術，這種技術中要用到的材料是相變儲能材料。相變儲能材料會在特定的溫度節(jié)點發(fā)生相變，從一個相態(tài)轉化為另一個相態(tài)的過程中會吸收或釋放大量的能量。根據(jù)相變材料工作過程儲存和釋放能量的工作原理，可以解決能源在空間和時間上分配不均衡的問題，提高能源的利用率。由于有機固-液相變材料導熱系數(shù)偏低，嚴重制約相變儲能材料控溫的效果，往往通過與基體材料或添加劑復合來增強相變材料的導熱性能。
1 相變材料概述
1.1 相變儲能材料蓄能原理
相變儲能材料以有機類和無機鹽類居多，從熱力學的角度分析，相變儲能材料的蓄熱原理可以分為以下兩種方式。（1）物理相變：變材料內部分子結構不發(fā)生改變，而是分子的排列方式發(fā)生改變。物理相變過程是通過分子間的振動頻率來改變吸熱、放熱的狀態(tài)，且這個過程是可逆的。（2）化學相變：相變材料內部分子發(fā)生鍵的斷裂與重組，當鍵斷裂時吸收大量能量，當鍵重組時放出大量能量。這個過程屬于化學反應，也是可逆反應。
1.2 相變儲熱材料的導熱過程
相變蓄熱材料的熱量傳輸過程是材料表面的原子吸收熱能，并傳遞給相鄰的原子，熱能以共同振動波模式或聲子到整個晶體，最后熱量從材料其他表面通過熱傳導或熱輻射的方式傳遞到周圍環(huán)境。
2 復合相變材料導熱能力增強的方式
2.1 采用不同結構強化導熱
采用肋片、翅片等結構來增強導熱能力，其原理是增加換熱面積，提高換熱系數(shù)，增強換熱效果，進而提高相變材料的導熱性能。
2.2 多孔介質吸附強化導熱
多孔介質吸附是以泡沫金屬、膨脹石墨、泡沫金剛石等材料為相變材料的載體，利用多孔基質材料內部孔隙小且孔隙率高的特點，通過微孔表面的張力和毛細作用力將液態(tài)相變材料吸附到內，形成多孔基相變儲能材料。多孔材料的骨架結構可以增強導熱、提高儲能效率，成為增強相變材料的導熱性能和復合相變材料的蓄放熱速率的主流方法之一。
2.3 導熱增強填料強化導熱
由于有機固-液相變材料和多孔礦物載體的導熱系數(shù)較低，國內外的研究中通過添加導熱增強填料來增加相變儲能材料的導熱性能。常見的導熱增強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 微膠囊強化導熱
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材料，從而提高傳熱效率和熱響應。
3 結語
相變儲能材料具有可以解決能源在時間和空間上分布不均衡的問題，且制作方便、價格低廉，可以提高資源的利用率。相變材料在發(fā)展過程中也面臨很多問題，如導熱性能差、應用性差等問題。在實際應用中要協(xié)調好材料的整體性能，納米粒子填料可以解決相變材料導熱性差的問題，但添加大量的納米粒子會影響相變材料的潛熱，長期循環(huán)使用也會出現(xiàn)粒子沉積、分布不均勻等團聚現(xiàn)象，所以應協(xié)調好納米粒子在相變材料中的比例，提高復合相變材料的整體性能，并開發(fā)出新型材料或相容性更高的填料是未來發(fā)展的趨勢。
