材料工程师职称论文

  能量储存不仅降低了能量供应与需求上的不匹配还提高了能量体系的性能和可依赖性，在能量存储中具有重要作用，它可以节约优质燃料并且使系统降低消耗能量和资本成本从而更符合成本效益[4-61。而作为能量供应重要方式之一的热能，与我们日常生活密不可分。热能存储一般分为三种方式，即显热储能、化学反应储能和潜热储能（又称相变储能）。显热储能简单容易实现，但储能密度小，装置体积大，储能体系的温度不宜控制；化学反应储能是通过可逆的化学反应来进行储热/放热的，储能密度较大但是过程复杂，实际应用比较难；相变储能是材料发生物理相转变（固-固，固-液，液-气，固-气，反之亦然）时能量的储存和释放f6]。与其他储能方式相比，相变储能有以下优点：相变储能材料在吸收和释放能量的过程中近似恒温并且温度易控制，每个体积单元储存的能量是显热储能材料（如水、砖石、岩石等）的5-14倍，此外储能装置体积小，易于实现。因此，相变储能材料（PCMs) [9]成为最有前景的储能技术之一，并且应用广泛，例如太阳能利用、工业余热回收、电力的移峰填谷、建筑节能、特殊控温服装、现代农业温室等。用于相变储能的材料应该有大的相变潜热和高的导热系数。

  石蜡包括不同长度的直链烷烃C?H2?+2, -CH2-链凝固时释放出大量的相变潜热。随着链长的增加，熔化温度和相变潜热均增大。不同碳链长度的石蜡熔点和凝固点不同，范围较大，并且成本低廉，无腐蚀性，安全可靠。此外，在500 °C以下石蜡具有良好的化学惰性和稳定性，熔化过程中体积变化小，蒸汽压低。石蜡除了具有以上几个显著的特点以外，还有很好的成核性能。因为石蜡的这些性质，被广泛用于相变潜热储能系统多元醇类相变储能材料是是目前国内研究较多的一类有机定形相变储能材料之一。其主要优点有：性能较稳定，使用寿命较长，无腐蚀性，无毒性，相变时体积变化小，反复使用不会出现分解和分层现象。多元醇类相变材料相变焓值较大，源于多元醇是层状低对称晶体，当发生固-固相变时，材料的分子结构由层状体心结构变为面心立方体对称结构，分子氢键全部都发生断裂，放出的氢键能。多元醇的相变焓值还与单个分子所含的羟基数目有关，一般来讲，相变焓值随羟基数目的增加而逐渐增大。近年来研究的多元醇类定形相变储能材料主要有季戊四醇（PE)、甘油（GI)、新戊二醇（NPG)、三羟甲基乙烷（PG)、乙二醇（EG)、三羟甲基氨基甲綜(TAM) 、 2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇（AMP)等。表1.4列出了多元醇类相变材料的相变性能['9]。

 有机类相变储能材料进一步可以分为石蜡类和非石蜡类。有机类相变储能材料的优点是毒性低，腐蚀性小，固态时成型效果好，不易发生过冷和相分离现象并且储能密度比较大。

    无机类相变储能材料主要分为结晶水合盐、熔融盐、金属、合金类等。结晶水合盐类相变储能材料是能量储存应用中使用相对较多的材料，因其具有高的体积储能密度(-350 MJW)，相对较高的导热系数（~0.5W/m°C)，低廉的价格。常用的无机类相变材料有^化物类、硫酸盐类、憐酸盐类、碳酸盐类、硝酸盐类、醋酸盐类等。表1.1列举出几种常见的无机水合盐类相变储能材料的相变性能[14—15]。但是过冷和相分离的问题限制了这类相变材料的应用，即大多数水合盐在储存的能量释放时，材料在达到其凝固点时并不结晶，降低了材料的利用率，严重的话会完全阻止热释放。BiawasDR[l6]利用多余水原理来防止大量无水盐的形成。尽管这样可以使系统在循环时稳定，但降低了储能密度并且要求系统有较大的温度操作范围。在结晶硫酸钠中加入增稠剂，例如膨润土，可以解决相分离的问题。但由于混合物的导热系数低，会降低盐的结晶和传热速率。TdkesM用硼砂作为成核剂来减小过冷现象，然而还需要一些增稠剂来防止高密度硼砂的沉淀。其它大多数水合盐类相变材料都存在相同的问题。